KR20210125816A - 인조대리석 및 이의 제조방법 - Google Patents

인조대리석 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20210125816A
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(주)엘엑스하우시스
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Abstract

본 발명은 아크릴계 수지 및 실리카를 포함하며, 내스크래치성 및 분산성이 개선된 인조대리석에 대한 것이다.

Description

인조대리석 및 이의 제조방법{ARTIFICIAL MARBLE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 인조대리석 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
인조대리석은 천연대리석의 대체 용도로서 각광받는 소재로서 은은함과 부드러운 질감, 우수한 가공성, 우수한 내후성 및 우수한 내구성 등을 가지고 있어 다양한 용도로 사용될 수 있다. 인조대리석의 이와 같은 물성으로 인해 예를 들어, 싱크대, 세면대, 욕조, 매장의 접수대 등 각종 카운터의 상판, 문지방, 가구, 식탁, 내벽재 등 건축용 내외장재, 마감재, 각종 인테리어 조형물 등에 이용될 수 있다.
특히 인조대리석의 발색 및 모양을 개선하여 미감을 증진시키는 연구들이 이루어지고 있는데, 예컨대, 한국등록특허 10-1270415호는 마블칩을 이용하여 무늬 및 외관을 다양화한 인조대리석을 개시하고 있으며, 한국등록특허 10-1255006호는 다층구조의 마블칩을 이용하여 제조한 인조대리석을 개시하고 있다.
또한 최근에는 엔지니어드스톤(이스톤)이 천연석 질감의 외관과 우수한 내스크래치 특성을 통해 다양한 분야에 활용되고 있다. 일반적으로 이러한 특성은 석영을 주원료로 사용하기 때문에 구현되는 것으로 알려져 있다. 하지만 이스톤은 뱃치(batch) 공정에 의해 생산성에 제약이 많고 가격이 고가여서 대중적으로 쓰이는 것에는 한계가 있다
본 발명의 목적은 연속 캐스팅 공정을 이용하여 내스크래치성이 우수한 인조대리석을 제공하는 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 내스크래치성이 우수한 인조대리석을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
아크릴계 수지 및 실리카를 포함하는 인조대리석을 제공한다.
본 발명의 인조대리석은 내스크래치성이 우수하여 기존의 인조대리석 제품과 차별화된다. 또한 본 발명의 인조대리석은 천연석 입자가 균일하게 분포된 특징이 있다.
또한 본 발명은 천연석 특유의 질감(즉, 알갱이)을 갖는 인조대리석을 제조함에 있어서, 기존의 이스톤 공정인 뱃치(Batch) 방식이 아닌, 연속 캐스팅 공정을 이용하여 인조대리석을 제조한다.
도 1은 실시예 1의 인조대리석 시편의 단면 사진이다.
도 2는 비교예 4의 인조대리석 시편의 단면 사진이다.
도 3은 비교예 5의 인조대리석 시편의 단면 사진이다.
본 발명은,
아크릴계 수지 및 실리카를 포함하는 인조대리석에 대한 것이다.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명의 인조대리석 및 그 제조 방법
본 발명은 아크릴계 수지 및 실리카를 포함하는 인조대리석 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
본 발명의 인조대리석의 제조 방법은 아크릴계 중합체 및 아크릴계 단량체를 포함하는 아크릴계 수지 시럽, 실리카 파우더, 제1 실리카 샌드 및 제2 실리카 샌드를 혼합하여 인조대리석 원료 조성물을 제조하는 단계를 포함한다. 이때, 개시제, 가교제, 분산제, 안료, 산화방지제, 커플링제 등 다른 첨가제들을 적절히 더 첨가할 수 있다. 본 발명의 인조대리석의 제조 방법은 상기 인조대리석 원료 조성물이 그 후 경화되는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 아크릴계 중합체는 폴리메틸메타크릴레이트인 것이 바람직하며, 중량평균분자량이 약 50,000g/mol 내지 약 150,000g/mol 일 수 있다. 상기 아크릴 수지의 중량평균분자량이 상기 범위 미만일 경우 상기 조성물의 점도가 낮아져 흐름성이 지나치게 커질 수 있고, 상기 범위 초과일 경우 상기 조성물의 점도가 높아져 기포의 제어가 어려워지거나 성형성이 떨어질 수 있다.
상기 아크릴계 단량체는 알킬기 함유 (메트)아크릴레이트계 모노머, 히드록시 함유 (메트)아크릴레이트계 모노머, 카르복실기 함유 (메트)아크릴레이트계 모노머, 질소 함유 (메트)아크릴레이트계 모노머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 아크릴계 중합체 및 아크릴계 단량체를 혼합하여 아크릴계 수지 시럽을 제조한다. 상기 아크릴계 수지 시럽은 아크릴계 중합체 100 중량부에 대하여 아크릴계 단량체를 200 내지 450 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 220 내지 400 중량부 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 230 내지 300 중량부 포함할 수 있다. 예컨대, 아크릴계 수지 시럽은 아크릴계 중합체 18.18 내지 33.4 중량% 및 아크릴계 단량체 66.6 내지 81.82 중량%를 포함할 수 있다.
상기 아크릴계 수지 시럽은 폴리아크릴계 수지 뿐 아니라, 폴리에스테르계 수지, 폴리스타이렌계 수지, 아크릴계 단량체, 에스테르계 단량체, 스타이렌계 단량체 등을 추가로 포함할 수 있으며, 당업자는 본 발명의 인조대리석의 물성에 유의한 영향을 주지 않는 범위 내에서 그 양을 적절히 조절할 수 있을 것이다.
상기 실리카는 325 mesh 즉 입경이 45um 미만인 실리카 파우더, 평균 입경이 0.1 mm 이상 0.3 mm 미만인 제1 실리카 샌드 및 평균 입경이 0.3 mm 이상 0.7 mm 미만인 제2 실리카 샌드로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는 상기 실리카는 325 mesh 즉 입경이 45um 미만인 실리카 파우더, 평균 입경이 0.1 mm 이상 0.3 mm 미만인 제1 실리카 샌드 및 평균 입경이 0.3 mm 이상 0.7 mm 미만인 제2 실리카 샌드의 혼합물이다.
상기 실리카 파우더는 325 메쉬(mesh)를 통과하는 파우더 상태의 원료이다. 따라서 실리카 파우더의 입경은 45um 미만이며, 이는 45 um 크기의 체를 이용하여 상기 체를 통과한 실리카를 사용하여도 되고, 시판 제품을 사용하여도 된다.
제1 실리카 샌드는 평균 입경이 0.1 mm 이상 0.3 mm 미만이며, 이는 0.1mm 체를 통과하지 못하고, 0.3 mm 크기의 체를 통과한 실리카를 사용하여도 되고, 시판 제품을 사용하여도 된다.
제2 실리카 샌드는 평균 입경이 0.3 mm 이상 0.7 mm 미만이며, 이는 0.3mm 체를 통과하지 못하고, 0.7 mm 크기의 체를 통과한 실리카를 사용하여도 되고, 시판 제품을 사용하여도 된다.
본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 실리카는 150 내지 500 중량부 포함할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 20 내지 50 중량%, 실리카 파우더 20 내지 50 중량%, 제1 실리카 샌드 10 내지 40 중량%, 제2 실리카 샌드 10 내지 40 중량%를 포함할 수 있다.
바람직하게는 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 상기 실리카 파우더를 50 내지 200 중량부 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 55 내지 170 중량부 포함할 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 66 내지 150 중량부 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 20 내지 50 중량%, 실리카 파우더 20 내지 50 중량%, 제1 실리카 샌드 10 내지 40 중량%, 제2 실리카 샌드 10 내지 40 중량%를 포함할 수 있다. 실리카 파우더의 함량이 50 중량부 미만 또는 20 중량% 미만으로 포함되는 경우 제1 실리카 샌드 및 제2 실리카 샌드의 침강 현상이 일어나 인조대리석 내 균일한 분산 상태를 유지하는 것에 문제가 생길 수 있다. 또한 실리카 파우더의 함량이 200 중량부를 초과하거나 50 중량%를 초과하는 경우 점도가 증가하게 되어 캐스팅 공정에 적용될 수 있는 적당한 점도 범위를 유지하기 어렵게 된다. 또한 이러한 점도 증가는 기포 발생, 끓음 등의 문제를 야기할 수 있다.
바람직하게는 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 상기 제1 실리카 샌드를 30 내지 200 중량부 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 40 내지 170 중량부 포함할 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 50 내지 150 중량부 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 20 내지 50 중량%, 실리카 파우더 20 내지 50 중량%, 제1 실리카 샌드 10 내지 40 중량%, 제2 실리카 샌드 10 내지 40 중량%를 포함할 수 있다. 제1 실리카 샌드의 함량이 30 중량부 미만이거나 10 중량% 미만인 경우 실리카 파우더와 제1 실리카 샌드의 분포가 균일하지 않게 되며, 입자가 큰 제2 실리카의 함량이 너무 많아지게 되어 침전 현상이 일어나게 된다. 이렇게 인공 대리석 내 실리카 분포가 불균일하게 되면 인조대리석의 상부와 하부의 경화 수축율 차이가 생기게 되고 이 때문에 휨 현상이 발생할 가능성이 높아진다. 한편, 제1 실리카 샌드의 함량이 200 중량부를 초과하거나 40 중량%를 초과하는 경우 점도 변화가 심해지고 이를 해결하기 위하여 아크릴계 수지의 함량을 높여야 하는 문제가 생기게 된다.
바람직하게는 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 및 실리카를 포함하고, 이때, 상기 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 상기 실리카는 150 내지 500 중량부 포함하고, 상기 실리카는 입경이 45 um 미만인 입자로 이루어진 실리카 파우더, 평균 입경이 0.1 내지 0.3 mm 인 제1 실리카 샌드 및 평균 입경이 0.3 내지 0.7 mm 인 제2 실리카 샌드를 포함하는 인조대리석일 수 있다. 이때, 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 상기 실리카 파우더는 50 내지 200 중량부 포함하고, 상기 제1 실리카 샌드는 30 내지 200 중량부 포함하며, 상기 제2 실리카 샌드는 30 내지 150 중량부 포함할 수 있다. 상기 인조대리석에 대하여 에릭슨 테스터(Erishsen Tester 413) 를 다이아몬드팁 2N 조건에서 수행하여 스크래치성을 평가하는 경우 스크래치의 깊이는 0.1 내지 2.0 μm일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 1.7 μm일 수 있다. 상기 인조대리석을 절단하는 경우 육안 또는 디지털 카메라로 그 단면을 관찰 시, 인조대리석의 단면에서 침전이 관찰되지 않을 수 있다.
바람직하게는 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 상기 제2 실리카 샌드를 30 내지 150 중량부 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 40 내지 130 중량부 포함할 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 50 내지 100 중량부 포함할 수 있다. 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 20 내지 50 중량%, 실리카 파우더 20 내지 50 중량%, 제1 실리카 샌드 10 내지 40 중량%, 제2 실리카 샌드 10 내지 40 중량%를 포함할 수 있다. 제2 실리카 샌드 함량이 30 중량부 미만이거나 10 중량% 미만이 되는 경우 실리카 특유의 경도를 구현하는 효과가 떨어지게 된다. 또한 외관상 천연석의 느낌을 구현하는 것에도 제한이 생긴다. 한편, 제2 실리카 샌드 함량이 150 중량부를 초과하거나 40 중량%를 초과하는 경우 실리카 입자의 분포가 편중되어 침전 문제가 생길 뿐 아니라 촘촘하지 못한 실리카 입자의 구성으로 인하여 인조대리석의 물성이 저하되게 된다.
본 발명의 인조대리석의 제조 방법에서, 아크릴계 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 상기 실리카 파우더를 50 내지 200 중량부 혼합할 수 있고, 더욱 바람직하게는 55 내지 170 중량부 혼합할 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 60 내지 150 중량부 혼합할 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 인조대리석의 제조 방법은 아크릴계 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 상기 제1 실리카 샌드를 30 내지 200 중량부 혼합할 수 있고, 더욱 바람직하게는 40 내지 170 중량부 혼합할 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 50 내지 150 중량부 혼합할 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 인조대리석은 아크릴계 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 상기 제2 실리카 샌드를 30 내지 150 중량부 혼합할 수 있고, 더욱 바람직하게는 40 내지 130 중량부 혼합할 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 50 내지 100 중량부 혼합할 수 있다.
본 발명의 인조대리석의 제조 방법은 인조대리석 원료 조성물의 제조 시, 아크릴계 수지 시럽, 실리카 파우더, 제1 실리카 샌드, 제2 실리카 샌드의 혼합물 100 중량부에 대하여, 아크릴계 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 개시제 0.1 내지 2 중량부, 커플링제 1 내지 5 중량부, 분산제 0.01 내지 3 중량부를 혼합하여 인조대리석 원료 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 분산제는 인조대리석 제조에 사용되는 임의의 분산제를 적절히 사용하면 되고 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 분산제는 탄소수 2 내지 15의 알킬렌 반복단위를 갖고, 폴리에테르 작용화되고, 말단에 실란기를 갖는 화합물일 수 있고, 코팅 분야등에서 많이 사용하는 아크릴 기반 초분기 폴리머(Hyper-branched Polymer), 아크릴레이트 기반의 블록 코폴리머(Block Copolymer), 우레탄 계열 초분기 폴리머(Hyper-branched Polymer) 등도 포함될 수 있다.. 상기 분산제는 상기 에테르 작용기를 다른 말단에 갖는 화합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 분산제는 탄소수 2 내지 15의 알킬렌 반복단위를 갖는, 폴리알킬렌글라이콜 작용화된 실란 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제는 탄소수 2 내지 15의 알킬렌 반복단위를 갖는, 폴리알킬렌글라이콜 작용화된 알콕시실란일 수 있다. 구체적으로, 상기 분산제는 폴리에틸렌글라이콜 알콕시실란, 폴리프로필렌글라이콜 알콕시실란, 폴리부틸렌글라이콜 알콕시실란, 폴리펜틸렌글라이콜 알콕시 실란, 폴리헥실렌글라이콜 알콕시 실란, 폴리헵틸렌글라이콜 알콕시 실란, 폴리옥틸렌글라이콜 알콕시 실란, 폴리노닐렌글라이콜 알콕시 실란, 인산 폴리에스테르 등일 수 있다.
상기 분산제의 어는 점은 약 -10℃ 미만일 수 있다. 구체적으로, 약 -30℃ 내지 약 -8℃ 일 수 있다. 그리고, 상기 분산제의 인화점(flash point)은 약 95℃ 초과일 수 있다. 구체적으로, 분산제의 인화점은 약 98℃ 내지 약 120℃ 일 수 있다. 상기 분산제는 상기 범위의 어는 점 및 인화점을 가짐으로써, 인조대리석의 물성을 저하시키지 않고, 수산화알루미늄이 적절히 분산되게 할 수 있다. 상기 아크릴계 수지 시럽 100 중량부에 대하여 분산제는 0.1 내지 3 중량부 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 개시제는 인조대리석 제조에 사용되는 임의의 개시제를 적절히 사용하면 되고 특별히 제한되지 않는다. 상기 개시제는 중합 반응 개시제로, 본 발명에서는 열 개시제인 것이 바람직하다. 상기 열 개시제는 유기과산화물로서 벤조일 퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드와 같은 디아실 퍼옥사이드, 부틸하이드로 퍼옥사이드, 쿠밀하이드로 퍼옥사이드와 같은 하이드로 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시 말레인산, t-부틸하이드로 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로 퍼옥시부틸레이트, 아세틸 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스디메틸발레로니트릴, t-부틸 퍼옥시 네오데카노에이트, t-아밀 퍼옥시 2-에틸 헥사노에이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 본 발명에서는 아크릴계 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 개시제는 0.01 내지 5 중량부 사용될 수 있고, 바람직하게는 0.4 내지 3.5 중량부 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 커플링제는 인조대리석 제조에 사용되는 임의의 커플링제를 적절히 사용하면 되고 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 커플링제는 비닐트리클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, p-스티릴트리메톡시실란, 3-(메타) 아크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-(메타) 아크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-(메타)아크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-(메타)아크릴록시프로필 트리에톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸-부틸리덴)프로필 아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란의 염산염, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 본 발명에서는 아크릴계 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 커플링제를 0.1 내지 4 중량부 사용할 수 있다.
본 발명의 인조대리석의 제조 방법은 인조대리석의 원료 조성물의 제조 시 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 가교제 0.1 내지 5 중량부를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 가교제는 인조대리석 제조에 사용되는 임의의 가교제를 적절히 사용하면 되고 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 가교제는 이관능성 (메트)아크릴레이트계 모노머, 이관능성 (메트)아크릴레이트계 올리고머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 또한 상기 가교제는 삼관능성, 사관능성 또는 다관능성 가교제일 수 있다. 이관능성이란 경화 반응 시 결합을 형성할 수 있는 이중 결합을 포함하는 소정의 기, 예를 들어 아크릴레이트기가 2개 존재한다는 의미를 나타낼 수 있으며, 삼관능성, 사관능성 및 다관능성은 각각 경화 반응 시 결합을 형성할 수 있는 이중 결합을 포함하는 소정의 기가 3개, 4개, 및 여러 개 있다는 의미일 수 있다. 상기 이관능성 (메트)아크릴레이트계 모노머는 예를 들어, 1,2-에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 1,12-도데탄디올 아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 200 디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 400 디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 600 디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜아디페이트(neopentylglycol adipate) 디(메트)아크릴레이트, 히드록시피발산(hydroxyl puivalic acid) 네오펜틸글리콜 디(메트)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(dicyclopentanyl) 디(메트)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디시클로펜테닐 디(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 디(메트)아크릴레이트, 디(메트)아크릴록시 에틸 이소시아누레이트, 알릴(allyl)화 시클로헥실 디(메트)아크릴레이트, 트리시클로데칸디메탄올(메트)아크릴레이트, 디메틸롤 디시클로펜탄 디(메트)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 헥사히드로프탈산 디(메트)아크릴레이트, 트리시클로데칸 디메탄올(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 변성 트리메틸프로판 디(메트)아크릴레이트, 아다만탄(adamantane) 디(메트)아크릴레이트,9,9-비스[4-(2-아크릴로일옥시에톡시)페닐]플루오린(fluorine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 삼관능성 가교제는 TMPTA(트리메틸프로판 트리아크릴레이트(trimethylpropane triacrylate)), TMPTMA(트리메틸프로판 트리메트아크릴레이트(trimethlypropane trimethacrylate)) 등이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 사관능성 가교제는 DTMPTTA(디트리메틸프로판 테트라아크릴레이트(ditrimethylopropane tetraacrylate)), PETTA(펜타에리스리톨 ??트라아크릴레이트(pentaerythritol tetraacrylate)) 등이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 다관능성 가교제는 DPHA(디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(dipentaerythritol hexaacrylaye)) 등이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서는 아크릴계 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 상기 가교제는 0.1 내지 10 중량부 사용될 수 있고, 바람직하게는 0.4 내지 8 중량부 사용될 수 있다.
상기 인조대리석 원료 조성물은 인조대리석 원료 조성물의 제조 당시 점도가 30 내지 120 poise이고, 인조대리석 원료 조성물의 제조 후 실온에서 90분 보관 하는 동안, 점도 변화가 20 poise 이하인 것이 바람직하다. 이로써 본 발명의 인조대리석 원료 조성물은 연속 캐스팅 공정을 이용할 수 있을 정도로 흐름성이 우수하게 된다.
본 발명의 인조대리석 원료 조성물은 적절한 점도를 갖기 때문에 연속 캐스팅 공정을 이용할 수 있을 정도의 흐름성 및 경화 반응 속도를 갖는다. 따라서, 생산 효율이 좋지 않은 프레스 공법을 사용할 필요가 없다.
본 발명의 인조대리석은 1.2 내지 2.1의 비중을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 인조대리석은 내스크래치성 및 분산성이 우수하다. 본 발명의 인조대리석은 에릭슨 테스터(Erishsen Tester 413) 를 다이아몬드팁 2N 조건에서 수행 시 스크래치의 깊이가 0 이거나 또는 0 초과 2.0 μm 이하이며, 바람직하게는 0.1 내지 1.7 μm 이다. 상기 분산성은 인조대리석 단면을 절단한 후 디지털 카메라를 통하여 관찰함으로써 평가하거나 3D X-ray CT를 찍어서 실리카의 크기에 따른 분포를 측정하여 평가할 수 있다. 이때, 본 발명의 인조대리석은 절단된 단면의 임의의 구역, 바람직하게는 인조대리석의 상부 및 하부에서 모두 각각 선택되도록 두 군데 이상 선택하여 비교 시 유의한 차이가 없다. 또는 3D X-ray CT를 찍어서 입체적으로 실리카의 크기 별 비율을 계산하는 경우, 본 발명의 인조대리석의 제조 시 이용한 실리카의 크기 별 비율과 유의한 차이가 없다. 또한 상기 분산성은 인조대리석 제품의 상하 부분의 비중을 측정하여 평가할 수도 있다. 본 발명의 인조대리석은 인조대리석 제품의 두께 방향 (즉, 인조대리석의 제조 시 중력 방향)으로 실리카가 고르게 분포되어 있으며, 인조대리석 제품의 아래쪽으로 실리카가 침전되거나 실리카의 분포가 유의하게 높지 않다. 예컨대, 본 발명의 인조대리석 제품을 표면쪽 부분과 이면쪽 부분으로 얇게 갈랐을 때 표면쪽 부분 비중과 이면쪽 부분의 비중 차이가 0.3 이하일 수 있다.
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 본 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.
<재료 및 방법>
폴리메틸메타크릴레이트 (LG화학) 100 중량부에 메틸메타크릴레이트 257 중량부를 혼합하고 60 ℃에서 30분 동안 교반하여 아크릴계 수지 시럽 (25 ℃, 점도 250 cps)을 제조하였다. 하기 실험들에서는 이렇게 제조한 아크릴계 수지 시럽을 사용하였다.
실리카 파우더는 325 mesh인 시판 제품을 구입하여 사용하였다. 이들 제품은 45um 미만의 크기 입자들로 이루어져 있다.
제1 실리카 샌드는 평균 입경이 0.1 내지 0.3mm 인 시판 제품을 구입하여 사용하였다.
제2 실리카 샌드는 평균 입경이 0.3 내지 0.7mm 인 시판 제품을 구입하여 사용하였다.
인조 대리석 원료 조성물의 점도는 브룩필드 점도계 LV-04, 30RPM 을 이용하여 상온에서 측정하였다.
인조대리석 내 실리카 성분들의 분산 상태는 인조대리석의 단면을 절단한 후 육안으로 관찰하여 평가하였다.
인조대리석의 내스크래치성은 에릭슨 테스터(Erishsen Tester 413) 를 다이아몬드팁 2N 조건에서 수행하였으며, 스크래치의 깊이를 비교하여 평가하였다.
<실시예 1>
아크릴계 수지 시럽에 실리카 파우더, 제1 실리카 샌드, 제2 실리카 샌드, 개시제, 커플링제 및 분산제를 첨가하고 믹서에서 30 ℃에서 10 분 동안 교반하여, 탈포 공정을 통하여 내부 기포를 제거하여 인조대리석 원료 조성물을 제조하였다. 이후, 상기 인조대리석 원료 조성물을 3.0 M/분의 속도의 컨베이어 몰드에 주형하였다. 주형이 끝난 몰드에 PVA 필름을 덮고 80 ℃에서 1 시간 동안 경화시켜 인조대리석을 제조하였다. 그리고 경화가 완료된 인조대리석 시편을 탈형하여 표면을 샌딩하였다.
이때, 아크릴계 수지 시럽, 실리카 파우더, 제1 실리카 샌드 및 제2 실리카 샌드의 혼합물 100 중량부에 대하여, 개시제 0.3 중량부, 커플링제 2.0 중량부, 분산제 0.2 중량부를 사용하였다. 그 외 다른 성분들의 사용량은 표 1과 같다.
<실시예 2>
실리카 성분들의 조성이 표 1과 같이 상이한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 인조대리석을 제조하였다.
<비교예 1>
종래의 방법대로 수산화알루미늄을 적용한 인조대리석을 제조하였다.
즉, 아크릴계 수지 시럽에 수산화알루미늄, 분산제, 개시제 및 커플링제를 첨가하고 믹서에서 30 ℃에서 10 분 동안 교반하여 인조대리석 원료 조성물 (점도 50 ps, 25℃)을 제조하였다. 이후 상기 인조대리석 원료 조성물을 3.0 M/분의 속도의 컨베이어 몰드에 주형하였다. 주형이 끝난 몰드에 PVA 필름을 덮고 80 ℃에서 1 시간 동안 경화시켜 인조대리석을 제조하였다. 그리고 경화가 완료된 인조대리석 시편을 탈형하여 표면을 샌딩하였다.
이때, 아크릴계 수지 시럽, 실리카 파우더, 제1 실리카 샌드 및 제2 실리카 샌드의 혼합물 100 중량부에 대하여, 개시제 0.3 중량부, 커플링제 2.0 중량부, 분산제 0.2 중량부를 사용하였다. 그 외 수산화알루미늄의 사용량은 표 1과 같다.
<비교예 2>
실리카 성분들의 조성이 표 1과 같이 상이한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 인조대리석을 제조하였다.
<비교예 3>
실리카 성분들의 조성이 표 1과 같이 상이한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 인조대리석을 제조하였다.
<비교예 4>
실리카 성분들의 조성이 표 1과 같이 상이한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 인조대리석을 제조하였다.
<비교예 5>
실리카 성분들의 조성이 표 1과 같이 상이한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 인조대리석을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
아크릴계 수지 시럽 To 100 To 100 To 100 To 100 To 100 To 100 To 100
실리카 파우더
(중앙값 직경: 325 mesh)
66 150 - 300 233 -
제1 실리카 샌드(중앙값 직경: 0.2 mm) 100 150 - 300 - 233 -
제2 실리카 샌드(중앙값 직경: 0.5 mm) 66 100 - 300 - - 233
수산화알루미늄 - - 233 - - -
<실험예 1>
상기 실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 5의 인조대리석 제조 과정에서 인조대리석 원료 조성물을 컨베이어 몰드에 주형할 때, 인조대리석 원료 조성물의 점도를 측정하였다.
일반적으로 인조대리석 원료 조성물의 점도가 30 내지 120 poise일 때 연속 캐스팅 공정에 적합하다. 점도 측정 결과, 실시예 1 및 2의 인조대리석 원료 조성물은 연속 캐스팅 공정에 적합한 점도를 가진 것으로 확인되었다. 그러나 비교예 2는 초기 점도가 150 poise였으며 점도 경시 변화, 즉 시간에 따른 점도의 변화로 인하여 몰드에 주형이 불가능한 수준으로 점도가 상승하였다. 또한 인조대리석 원료 조성물에서 아크릴 시럽의 함량이 20 중량% 미만인 경우 무기 필러들과의 혼합물에서 적정한 점도를 유지하는 것이 어려운 것으로 확인되었다 (표 2).
<실험예 2>
상기 실시예 1, 비교예 3 내지 5의 인조대리석 시편의 단면을 절단하고 디지털 카메라를 이용하여 관찰함으로써 실리카 성분들의 분산성을 평가하였다. 이때, 인조대리석의 상부의 시편 및 하부의 시편을 각각 수득하여 이들을 비교하였다.
그 결과, 실시예 1의 경우, 실리카 원료들, 특히 제1 실리카 샌드 및 제2 실리카 샌드가 인조대리석 시편의 단편의 전체에 균일하게 분산되어 있는 것이 확인되었으며, 큰 크기의 실리카가 아래쪽에 몰리고 작은 크기의 실리카가 위쪽에 몰리는 현상이 관찰되지 않았다(도 1). 반면, 비교예 3의 경우는 분산은 균일하게 이루어져 있으나, 천연석 특유의 입자 질감이 구현되지 않아 기존 인조대리석과 외관에서 차이점이 없었다. 또한, 비교예 4 및 비교예 5의 경우는 입자가 커서 경화 과정에서 모두 침전되어 수지층과 분리되는 현상이 발생하는 한계가 있었다(각각 도 2 및 도 3). 즉, 실리카 파우더와 실리카 샌드의 함량이 적절하지 않으며, 원하는 천연석 질감을 구현하는 데 한계가 있는 것으로 판단되었다.
<실험예 3>
상기 실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 3의 인조대리석에 대하여 내스크래치성을 평가하였다.
실시예 1은 내스크래치 평가를 수행한 결과, 기존의 인조대리석인 비교예 1보다 우수한 내스크래치성을 갖는 것을 확인하였다. 그러므로 인조대리석의 사용 시 스크래치 손상 등이 감소될 것으로 예상되었다. 비교에 2에서는 표면에 발생한 기포를 제외한 영역에서 평가하였으며, 스크래치 개선 효과는 확인되나, 기포 문제로 인해 표면 품질에 한계가 있었다. 비교예 3에서도 실리카로 인한 스크래치 개선 효과는 확인되었지만, 외관상 천연석의 질감을 구현하는 것은 한계가 있었다(표 2).
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
점도(poise) 50 80 60 150 100 70 50
외관불량(침전,휨,기포) 양호 양호 양호 불량
(기포)
양호 불량
(휨,침전)
불량
(침전)
입자확인(육안) 가능 가능 불가 가능 불가 가능 가능
스크래치 깊이(um) 1.5 1.4 8.1 1.4 1.9 - -

Claims (5)

  1. 아크릴계 수지 및 실리카를 포함하고,
    이때, 상기 아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 상기 실리카는 150 내지 500 중량부 포함하고,
    상기 실리카는 입경이 45 um 미만인 입자로 이루어진 실리카 파우더, 평균 입경이 0.1 내지 0.3 mm 인 제1 실리카 샌드 및 평균 입경이 0.3 내지 0.7 mm 인 제2 실리카 샌드를 포함하는
    인조대리석.
  2. 제 1항에 있어서,
    아크릴계 수지 100 중량부에 대하여 상기 실리카 파우더는 50 내지 200 중량부 포함하고, 상기 제1 실리카 샌드는 30 내지 200 중량부 포함하며, 상기 제2 실리카 샌드는 30 내지 150 중량부 포함하는 인조대리석.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인조대리석에 대하여 에릭슨 테스터(Erishsen Tester 413) 를 다이아몬드팁 2N 조건에서 수행하여 스크래치성을 평가하는 경우 스크래치의 깊이가 0 이거나 또는 0 초과 2.0 μm 이하인 것을 특징으로 하는 인조대리석.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 인조대리석을 절단하는 경우 인조대리석의 단면에서 침전이 관찰되지 않는 것을 특징으로 하는 인조대리석.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인조대리석의 표면쪽 부분과 이면쪽 부분으로 갈랐을 때 두 부분의 비중을 측정 시, 비중의 차이가 0.3 이하인 것을 특징으로 하는 인조대리석.

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