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KR101481730B1 - 연마액과 그 제조 방법 및 연마석과 그 제조 방법 - Google Patents

연마액과 그 제조 방법 및 연마석과 그 제조 방법 Download PDF

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KR101481730B1
KR101481730B1 KR1020130083650A KR20130083650A KR101481730B1 KR 101481730 B1 KR101481730 B1 KR 101481730B1 KR 1020130083650 A KR1020130083650 A KR 1020130083650A KR 20130083650 A KR20130083650 A KR 20130083650A KR 101481730 B1 KR101481730 B1 KR 101481730B1
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Abstract

본 발명은 숫돌을 이용한 도구의 연마 작업 시 간편하게 사용가능한 천연 광물을 이용하여 제조되는 연마액 및 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 연마액을 이용하여 제조되어 숫돌 또는 숫돌 가는 숫돌로 사용가능한 인조석 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 연마액은 천연 광물로부터 획득되고 총 중량을 기준으로 80.0 내지 99.8wt% 범위의 이산화규소를 함유한 천연 광물 분말과, 점토를 물에 혼합시킨 점토액을 포함하고, 상기 천연 광물 분말과 상기 점토액의 고체 성분은 기준 입도 범위에 속하는 입도를 가지며, 상기 천연 광물 분말과 상기 점토액의 혼합액 중 고체 성분은 총 중량을 기준으로 40.0 내지 90.0wt% 범위의 이산화규소를 함유한다.

Description

연마액과 그 제조 방법 및 연마석과 그 제조 방법{GRINDING SLURRY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, GRINDING STONE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 천연 광물을 이용하여 제조되는 연마액과 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 연마액을 이용하여 제조되는 연마석과 그 제조 방법에 관한 것이다.
칼이나 대패 등의 도구는 날을 세우기 위해 숫돌에 연마된다. 숫돌은 재료에 따라 천연 숫돌과 인조 숫돌로 구분된다. 또, 숫돌은 입자의 거친 정도에 따라 초벌 숫돌, 중벌 숫돌 및 마무리 숫돌로 구분된다.
숫돌을 사용하여 도구를 연마할 때, 도구는 통상 입자가 거친 초벌 숫돌과 중벌 숫돌에서 먼저 연마된 후 입자가 곱고 미세한 마무리 숫돌에서 최종적으로 연마된다. 따라서, 마무리 숫돌로는 도구의 날이 매끄럽고 예리하게 다듬어질 수 있도록 천연 숫돌이 많이 사용된다.
숫돌의 표면이 건조한 상태에서 도구를 바로 연마하게 되면, 고르지 못한 숫돌의 표면으로 인해 도구의 날에 스크래치 등이 발생할 수 있다. 또한, 숫돌의 표면에서 도구가 매끄럽지 연마되지 못해 도구의 마모가 심해질 수 있다. 또한, 도구의 날이 광택은 나게 되지만 원하는 치수와 형태로 연마되지 못한다. 이 때문에, 숫돌을 바로 사용하기에 앞서 숫돌의 표면에 연마액이 사용된다. 연마액은 도구의 날을 미세하게 갈아 제거하는 연마 성분과, 도구의 날이 숫돌의 표면에서 매끄럽게 움직일 수 있도록 하는 윤활 성분을 포함한다.
그런데, 종래기술에 따른 연마액은 숫돌의 사용시마다 수작업에 의해 만들어진다. 즉, 숫돌의 표면에 물을 뿌리고 숫돌의 표면을 갈아내는 돌(이하, '숫돌 가는 숫돌'이라 한다)로 문지르면 회색의 점액, 즉 연마액이 만들어진다. 이 연마액은 숫돌과 숫돌 가는 숫돌의 표면으로부터 탈락한 연마 입자와 숫돌의 표면에 뿌린 물이 혼합된 것이다. 이와 같이 만들어진 연마액이 숫돌의 표면에 충분한 상태에서, 도구를 연마하게 되면 풍부한 연마 성분과 윤활 성분에 의해 도구의 날이 신속하고 부드럽게 연마된다.
하지만, 종래기술에 따르면, 연마액을 숫돌을 사용할 때마다 수작업으로 만들어야 하기 때문에 숫돌의 사용이 번거롭고 불편하다. 또한, 연마액에 포함되는 연마 성분이 곱고 미세한 연마 입자로 이루어지기 위해서는, 연마 입자를 탈락시키는 숫돌과 숫돌 가는 숫돌이 천연 숫돌로 이루어져야 하는데, 천연 숫돌(특히, 고품질의 천연 숫돌)은 채굴에 한계가 있어 고가이며, 구하기가 어렵다. 또한, 천연 숫돌을 사용하더라도, 천연 숫돌에는 퇴적 등으로 인한 불순물이 함유되어 있는데, 이 불순물은 도구를 연마시키는 과정에서 불쾌한 냄새를 야기하고, 도구의 표면을 부식시키는 문제점이 있다. 이러한 천연 숫돌이 갖는 문제점을 해소하기 위해 경도가 큰 탄화물, 질화물을 연마 입자로 갖는 인조 숫돌이 개발되고는 있지만, 천연 숫돌에 비해 도구의 날을 매끄럽고 예리하게 다듬을 수 있는 마무리 능력이 떨어져 숫돌 또는 숫돌 가는 숫돌로 사용하는데 한계가 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 간편하게 숫돌에 사용할 수 있는 연마액과 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 숫돌 또는 숫돌 가는 숫돌로 사용할 수 있는 인조석과 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면 연마액이 제공된다. 실시예에 따른 연마액은 천연 광물로부터 획득되고 총 중량 기준으로 80.0 내지 99.8wt% 범위의 이산화규소를 함유한 천연 광물 분말과, 점토를 물에 혼합한 점토액을 포함한다. 상기 천연 광물 분말과 상기 점토액의 고체 성분은 기준 입도 범위 내의 입도를 가지며, 상기 천연 광물 분말과 상기 점토액의 혼합액 중 고체 성분은 총 중량 기준으로 40.0 내지 90.0wt% 범위의 이산화규소를 함유한다.
실시예에 있어서, 상기 천연 광물은 규석, 규사 및 규조토 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물이다. 또한, 상기 점토는 고령토, 태토 및 황토 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물이다.
실시예에 있어서, 제1항에 있어서, 상기 기준 입도 범위는 0.5 내지 35.0㎛이다.
실시예에 있어서, 상기 천연 광물 분말은 알루미나 및 기타 화합물을 함유한다. 또, 상기 기타 화합물은 이산화티타늄, 삼산화이철, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨 중 적어도 하나이다.
본 발명의 제2 측면에 따르면 연마액의 제조 방법이 제공된다. 실시예에 따른 연마액의 제조 방법은 천연 광물 및 점토를 준비하는 단계와, 상기 천연 광물로부터 천연 광물 분말을 획득하는 단계와, 상기 점토를 물에 혼합하여 점토액을 만드는 단계와, 상기 천연 광물 분말 및 상기 점토액을 혼합하여 혼합액을 만드는 단계를 포함하고, 상기 혼합액에 함유된 상기 천연 광물 분말과 상기 점토액의 고체 성분은 기준 입도 범위 내의 입도를 갖는다.
실시예에 있어서, 상기 천연 광물 분말을 획득하는 단계는 상기 천연 광물을 파쇄하는 단계와, 상기 분말을 정제하고 건조시키는 단계와, 상기 분말을 체에 걸려 상기 기준 입도 범위 내의 입도를 갖는 분말을 선별하는 단계를 포함하고, 상기 분말은 총 중량 기준으로 80.0 내지 99.8wt% 범위의 이산화규소를 함유한다.
실시예에 있어서, 상기 분말을 정제하는 단계는 상기 분말에 물은 혼합하여 분말액을 만드는 단계와, 상기 분말액을 교반하고 부유 불순물을 제거하는 단계와, 상기 분말액에 혼합된 물을 복수 회 갈아주어 수용성 불순물을 제거하는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 점토액을 만드는 단계는 상기 점토에 물을 혼합하여 생점토액을 만드는 단계와, 상기 생점토액을 정제하는 단계와, 상기 생점토액을 체에 걸러 상기 생점토액의 고체 성분 중 상기 기준 입도 범위 내의 입도를 갖는 고체 성분을 갖도록 선별하는 단계와, 상기 생점토액에 혼합된 물의 양을 증감시키는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 혼합액을 만드는 단계에서 상기 천연 광물 분말 및 상기 점토액은 상기 혼합액의 고체 성분 중 총 중량 기준으로 40.0 내지 90.0wt% 범위의 이산화규소를 함유하도록 혼합된다.
실시예에 있어서, 상기 기준 입도 범위는 0.5 내지 35.0㎛이다.
본 발명의 제3 측면에 따르면 전술한 연마액을 이용한 인조석의 제조 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 인조석의 제조 방법은 상기 연마액을 건조시켜 연마 분말을 만드는 단계와, 상기 연마 분말을 교반하는 단계와, 상기 연마 분말을 성형틀에 장입하고 가압 성형하여 성형물을 만드는 단계와, 상기 성형물에 단계적으로 열을 가해 소성 변형물을 만드는 단계와, 상기 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 성형물에 단계적으로 열을 가해 소성 변형물을 만드는 단계는 상기 성형물을 가열로에 장입하는 단계와, 상기 가열로 내의 온도를 180℃에 도달할 때까지 5℃/min의 속도로 온도를 높이고, 180℃에 도달 후 120분간 유지시키는 1차 소성 단계와, 상기 가열로 내의 온도를 450℃에 도달할 때까지 10℃/min의 속도로 온도를 높이고, 450℃에 도달 후 60분간 유지시키는 2차 소성 단계와, 상기 가열로 내의 온도를 750℃에 도달할 때까지 10℃/min의 속도로 온도를 높이고, 750℃에 도달 후 120분간 유지시키는 3차 소성 단계를 포함한다. 또한, 상기 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계는 상기 가열로 내의 온도는 상온에 도달할 때까지 20℃/min의 속도로 온도를 낮춘다.
다른 실시예에 따른 인조석의 제조 방법은 상기 연마액을 건조시켜 연마 분말을 만드는 단계와, 상기 연마 분말에 결합제를 혼합하고 교반하는 단계와, 상기 연마 분말을 성형틀에 장입하고 가압 성형하여 성형물을 만드는 단계와, 상기 성형물에 열을 가해 소성 변형물을 만드는 단계와, 상기 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 소성 변형물을 만드는 단계는 상기 성형물을 가열로에 장입하는 단계와, 상기 가열로 내의 온도를 190℃에 도달할 때까지 5℃/min의 속도로 온도를 높이고, 190℃에 도달 후 180분간 유지시키는 소성 단계를 포함한다. 또한, 상기 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계는 상기 가열로 내의 온도를 상온에 도달할 때까지 5℃/min의 속도로 온도를 낮춘다.
본 발명의 제4 측면에 따르면 전술한 인조석의 제조 방법에 의해 제조된 인조석이 제공된다.
본 발명에 따르면, 숫돌을 사용하여 도구를 연마할 때 힘들이지 않고서도 간편하게 연마액을 갖춰 사용할 수 있다. 이 연마액은 천연 광물을 원료로 하여 미세하게 파쇄된 연마 입자를 갖기 때문에 도구의 날을 매끄럽고 예리하게 연마하는데 유리하다. 또한, 연마 입자 중에 포함되는 불순물이 제거되기 때문에 도구의 연마 과정에서 불쾌한 냄새가 발생되는 것을 방지하여 작업 환경을 쾌적하게 개선할 수 있다. 또한, 도구의 날을 부식시키는 불순물이 제거되어 도구의 날이 손상되는 것이 방지된다. 즉, 연마된 도구의 날의 유지력을 향상시킬 수 있다. 또한, 연마액에는 연마 입자가 다양한 입도를 갖도록 혼합될 수 있어 숫돌의 다양한 종류에 맞춰 사용이 가능하다. 한편, 이와 같은 연마액을 압축 성형 및 고온에서 소성 변형시켜 제조되는 인조석은 곱고 미세한 연마 입자를 갖기 때문에 마무리 숫돌 및 숫돌 가는 숫돌로 사용할 수 있다. 이러한 인조석은 구하기 쉽고 저렴한 천연 광물을 원료로 사용하기 때문에 제조 원가가 낮아 보급이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마액의 제조 방법을 보인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마액에 혼합되는 천연 광물 분말의 제조 방법을 보인 순서도이다.
도 3은 도 2에 도시된 천연 광물 분말의 정제 단계에 있어서의 정제 방법을 보인 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마액에 혼합되는 점토액의 제조 방법을 보인 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인조석의 제조 방법을 보인 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인조석의 제조 방법을 보인 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연마액과 그 제조 방법을 설명한다. 또한, 상기 연마액을 이용하여 제조되는 인조석과 그 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 연마액은 돌 숫돌, 세라믹 숫돌, 다이아몬드 숫돌 등과 같은 다양한 종류의 숫돌에 사용될 수 있다. 또, 연마액은 숫돌의 사용에 한정되지 않고 다양한 연마 작업에 사용될 수 있다. 또한, 이 연마액을 이용하여 제조되는 인조석은 숫돌 또는 숫돌 가는 숫돌로 사용될 수 있다. 또한, 인조석을 숫돌차(grinding wheel)로 성형하여, 전동 원형숫돌, 절단용 등으로 사용할 수도 있다.
실시예에 따른 연마액은 불용성의 고체 미립자(천연 광물 분말)가 물에 혼합된 현탁액으로서, 고체 미립자는 물 내에서 유동성을 가진다. 이러한 연마액은 점성을 갖기 때문에, 숫돌의 표면에서 쉽게 흘러내리지 않는다.
<1. 연마액>
본 발명의 일 실시예에 따른 연마액은 천연 광물 분말, 점토, 물이 혼합된 혼합물이다. 천연 광물, 점토 및 물이 한번에 혼합될 수 있으며, 실시예에서와 같이 점토와 물이 혼합된 점토액에 천연 광물 분말이 혼합될 수 있다.
천연 광물 분말은 천연 광물, 특히 실리카(silica)를 주성분으로 갖는 천연 광물로부터 획득된다. 실시예에서, 천연 광물로는 규석, 규사 및 규조토 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물이 사용된다. 하지만, 이에 한정되지 않고 고순도의 규산분(규산무수물)이 함유되어 있는 천연 광물도 사용가능하다. 규석, 규사 및 규조토는 지천에서 손쉽게 구할 수 있으며, 저렴하다. 이산화규소는 내열성이 우수하고, 팽창률(5×10-7/℃)이 작아 급격한 열변화에 강하다. 또, 용해도(0.012g/100㎖)가 작고, 모스 경도 6 내지 7 정도의 높은 경도를 가진다. 천연 광물로부터 획득된 천연 광물 분말은 총 중량 기준으로 80.0 내지 99.8wt% 범위의 이산화규소(SiO2)를 함유한다(획득 방법에 대해서는 후술되는 연마액의 제조 방법에서 설명한다). 천연 광물로부터 얻어지는 천연 광물 분말에 총 중량 기준으로 80.0wt% 미만의 이산화규소가 함유된 경우에는, 천연 광물 분말을 이용하여 제조되는 연마액에 연마 성분이 풍부하지 않게 되어, 연마액으로서의 기능이 저하된다.
또한, 천연 광물 분말은 총 중량 기준으로 이산화규소가 차지하는 중량을 제외한 나머지 중량에 대하여, 알루미나(Al2O3) 및 기타 화합물을 함유한다. 알루미나는 산화 알루미늄으로서, 천연 광물 분말 중 이산화규소 다음으로 높은 비율(총 중량 대비 알루미나의 중량)을 차지한다. 이 알루미나는 금강석 다음으로의 매우 높은 경도를 가져 실리카와 더불어 연마 입자의 주요 성분을 이룬다. 알루미나는 입자가 육각 결정 모양을 가지며, 이러한 알루미나가 천연 광물 분말 중 차지하는 비율이 높아질수록 도구를 유연하게 연마할 수 있다. 기타 화합물은 천연 광물에 극히 소량씩 함유되는 성분으로, 실시예에 따른 기타 화합물로는 이산화티타늄(TiO2), 삼산화이철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화칼륨(K2O) 및 산화나트륨(Na2O) 중 적어도 하나가 포함된다. 이러한 기타 화합물은 내광성, 내열성, 내약품성 등의 특성을 가진다.
전술한 바와 같이, 점토액은 점토에 혼합용 액체인 물을 혼합한 것으로, 점토와 물의 혼합 비율에 따라 30 내지 1000cP(centi poise; 1cP=1mPa·s)의 점도를 가질 수 있다. 점토액의 점도가 30cP 미만인 경우, 연마액의 점도가 낮아 숫돌의 표면으로부터 쉽게 흘러내리게 된다. 또한, 점토액의 점도가 1000cP를 초과한 경우는 숫돌의 표면에 연마제가 충분하더라도 도구가 매끄럽게 움직이지 못한다. 실시예에서, 점토로는 고령토, 태토 및 황토 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물이 사용된다. 점토(clay)는 미세한 크기를 갖는 흙 입자로서, 수분을 함유하는 성질이 우수하다. 이러한 점토로 사용되는 고령토는 고령석(카올리나이트)과 할로이사이트를 주성분으로 가지며, 장석류가 탄산, 물에 의한 화학적 풍화작용을 거침으로써 생성된다. 고령토는 이산화규소와 마찬가지로 경도(모스 경도 6 정도)가 높고, 순도가 높아 불순물의 함량이 적다. 또한, 태토는 장석, 규석, 납석 등이 혼합된 것으로, 다양한 성분비를 가지며, 고온에서도 소성이 가능한 장점이 있다. 태토의 종류로는 청자토, 백자토, 분청토, 옹기토, 조합토, 산청토 등이 있다. 황토는 함수 산화철과 무수 산화철을 함유한 규토와 흙으로 이루어진 것으로, 주변에서 쉽게 구할 수 있다. 고령토, 태토 및 황토는 점력(粘力)이 우수하여, 연마액이 숫돌의 표면에서 쉽게 흘러내리는 것을 방지한다.
전술한 천연 광물 분말과 점토액이 혼합되어 연마액으로 만들어진다. 연마액에 혼합된 고체 성분이 고른 입도를 갖도록, 천연 광물 분말과 점토액 중의 고체 성분은 모두 기준 입도 범위 내의 입도를 가진다. 실시예에서, 기준 입도 범위는 0.5 내지 35.0㎛이다.
천연 광물 분말과 점토액의 혼합액, 즉 연마액에서 액체 성분을 제외한 고체 성분은 총 중량 기준으로 40.0 내지 90.0wt% 범위의 이산화규소를 함유한다. 예컨대, 일정량의 점토액에 혼합되는 천연 광물 분말의 양을 증감시켜 이산화규소의 함유 비율을 조절할 수 있으며, 이산화규소의 함유 비율이 다른 천연 광물 분말을 사용하여 연마액 중의 이산화규소의 함유 비율을 조절할 수 있다.
이와 같이, 연마액에 함유되는 이산화규소의 비율이 40 내지 90wt% 범위 내에서 자유롭게 조절될 수 있어, 경도와 결합도가 각기 다른 다양한 종류의 숫돌, 예컨대 돌 숫돌, 세라믹 숫돌 및 다이아몬드 숫돌에 적합한 연마액을 사용할 수 있다. 통상, 연마액에 천연 광물 분말의 혼합 비율이 높은 경우에는 연마력이 증가하여 도구의 날을 신속하게 연마하는데 유리하고, 점토액의 혼합 비율이 늘어나 천연 광물 분말의 혼합 비율이 상대적으로 낮은 경우에는 연마액의 점성이 증가하여 도구의 날을 부드럽게 연마할 수 있다. 숫돌의 종류, 도구의 종류 등에 따라 연마력과 점성이 전체적으로 고려되어 연마액에 혼합되는 천연 광물 분말의 함량이 정해질 수 있다.
이와 같이, 천연 광물로부터 얻어지는 천연 광물 분말과 점토와 물을 섞어 만든 점토액이 혼합된 연마액은 도구가 연마되는 숫돌의 표면에 떨어뜨려지고, 숫돌의 표면에서 입자 사이에 미세하게 침투되어 채워진다. 이러한 연마액은 숫돌의 표면에 갈리는 도구의 날이 부드럽게 이동되도록 안내하며, 도구의 날을 매끄럽고 날카롭게 연마시킨다.
실시예에 따른 연마액의 사용 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
연마액의 고체 성분과 액체 성분이 잘 섞이도록 연마액이 담긴 용기를 흔들어 준 후, 숫돌의 표면에 소량(예, 1~3cc)을 떨어뜨린다. 숫돌의 표면 크기에 따라 연마액의 사용량은 달라질 수 있으며, 도구를 연마하는 과정에서 추가적으로 사용될 수 있음은 물론이다.
연마액에 포함되는 연마 성분, 즉 이산화규소의 함량이 총 중량 기준으로 90wt%를 초과하는 경우, 마무리용 숫돌은 그 표면이 연마액에 의해 패일 수 있다. 이 경우, 마무리용 숫돌의 패임 여부를 테스트를 통해 확인한 후 연마 성분, 즉 이산화규소의 함량이 40~90wt%인 연마재를 사용한다. 이산화규소의 함량이 40wt% 미만인 경우에는, 연마 성분이 충분하지 않게 제공되어 도구가 제대로 연마되지 못한다.
통상의 돌로 만들어진 마무리용 숫돌 대신에 나무로 만들어진 마무리용 숫돌을 사용하여 도구의 날이 손상되는 것을 최소화할 수 있다. 고밀도의 나무 재료로 만들어진 나무 숫돌은 도구의 연마 시에 표면에 가해지는 충격을 흡수하고, 도구의 날이 연마액에 미끄러지도록 연마하여 그 표면이 패이는 것이 방지된다. 연마액은 나무 숫돌에 충분하게 스며들어, 돌 숫돌에 비해 연마 성분 및 윤활 성분을 풍부하게 제공할 수 있다. 나무 숫돌로 사용되는 나무로는 마모에 대한 저항성이 강한 철목과에 속하는 이페(ipe) 나무 등이 사용된다.
<2. 연마액의 제조 방법>
본 발명의 일 실시예에 따른 연마액의 제조 방법에 대하여 첨부의 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 이하의 설명에서, 전술한 연마액에 대한 내용과 동일하거나 유사한 내용은 삭제하거나 생략하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연마액의 제조 방법은 천연 광물 및 점토를 준비하는 단계(S110)와, 천연 광물로부터 천연 광물 분말을 획득하는 단계(S120)와, 점토를 물에 혼합하여 점토액을 만드는 단계(S130)와, 천연 광물 분말과 점토액을 혼합하여 혼합액을 만드는 단계(S140)를 포함한다. 혼합액에 함유된 천연 광물 분말과 점토액의 고체 성분은 모두 기준 입도 범위, 즉 0.5 내지 35.0㎛ 범위 내의 입도를 가진다.
천연 광물 및 점토를 준비하는 단계(S110)에서, 천연 광물로는 실리카를 주성분으로 하는 규석, 규사 및 규조토 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상이 혼합된 혼합물이 수집된다. 점토로는 수분 함유력이 우수하여 점성을 갖는 고령토, 태토 및 황토 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상이 혼합된 혼합물이 수집된다.
천연 광물로부터 연마액에 혼합되는 천연 광물 분말을 획득하는 단계(S120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 천연 광물을 분말로 파쇄하는 단계(S122)와, 파쇄된 분말을 정제하여 불순물을 제거하고 건조시키는 단계(S124) 및 건조된 분말을 체에 걸려 기준 입도 범위 내의 입도록 갖는 분말을 선별하는 단계(S126)를 포함한다.
천연 광물을 분말로 파쇄하기 위해 다이아몬드 파쇄기 등이 사용되며, 천연 광물(예, 규석)은 다이아몬드 파쇄기에 의해 수 미크론 이하의 입도 크기를 갖도록 파쇄된다(S122).
미립의 크기로 파쇄된 분말로부터 불순물을 제거하고 건조시키는 단계(S124)는, 도3에 도시된 바와 같이, 분말에 물을 혼합하여 분말액을 만드는 단계(S124a)와, 분말액을 투명 용기 등에 넣고 교반시켜 부유된 불순물을 제거하는 단계(S124b)와, 분말액에 혼합된 물을 복수회 갈아주어 수용성 불순물을 제거하는 단계(S124c)를 포함한다. 천연 광물을 파쇄하여 얻어지는 분말에는 퇴적 등에 의해 각종 불순물이 포함되기 때문에 분말액을 수비 과정을 통해 상층부에 부유된 불순물을 제거해줌으로써 광물보다 비중이 낮은 성분, 즉 도구의 연마 시에 불쾌한 냄새를 발생시키는 불순물을 제거할 수 있다. 또한, 분말액에 혼합된 고체 성분을 제외한 액체 성분을 갈아주어 물에 녹는 수용성 불순물을 제거할 수 있다. 또한, 정제된 분말을 후속 단계에서 체에 걸러 입도에 맞춰 선별하지만, 그 전에(분말액으로부터 수용성 불순물을 제거하는 단계 이후에) 분말액을 원심 분리시켜 고체 성분인 분말 중 입도가 큰 하층부를 일부 제거하는 단계(S124d)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 천연 광물로부터 얻어지는 분말을 정제하여 불순물을 제거하고, 일정한 입도에 맞춰 선별함으로써 연마 입자의 균일성을 향상시킬 수 있다. 연마 입자가 균일하게 됨에 따라 연마력이 향상되고, 숫돌의 사용 시 불쾌한 냄새가 발생되는 것을 방지하여 쾌적한 숫돌 연마 작업을 수행할 수 있다. 또한, 장시간 연마에도 도구의 날에 부식되지 않아 날의 유지력을 향상시킬 수 있다.
분순물이 제거된 분말액은 분말로 다시 건조되고, 이후 체(mesh 망)에 걸러 입도에 맞춰 선별된다(S126). 실시예에서는, 분말을 체에 거르기 위해 건조된 분말을 사용하였지만, 불순물을 제거한 분말을 건조시키기 않고 바로 체에 거를 수도 있다. 실시예에서, 분말은 0.5 내지 35.0㎛의 입도 범위를 갖도록 체에 걸러진다. 입도에 맞는 분말을 선별하기 위해 낮은 번호을 갖는 메시 망으로부터 높은 번호를 갖는 메시 망이 연속적으로 사용할 수 있다. 예컨대, #100, #200, #300번호를 갖는 메시 망을 통과한 분말 또는 분말액을 모아, #320, #400, #500, #600 번호를 갖는 메시 망에서 재차 걸러 미립의 분말 또는 분말액을 선별할 수 있다(여기서, 메시 망의 번호는 테일러 표준체를 기준으로, 길이 1인치 안에 들어 있는 체눈의 수를 의미한다). 최종적으로 사용되는 메시 망에 따라 분말 또는 분말액의 최저 입도가 결정된다. #320 번호 이상의 메시 망에서는 체눈의 크기가 작아 분말이 쉽게 통과되지 못하므로, 물에 섞어 걸러낼 수 있다. 이 경우, 메시 망을 통과한 분말액은 그 양에 따라 일정 시간(예, 3일~15일)의 침전 과정을 거치게 되고, 이후 수분이 제거되거나 생점토액과 혼합된다. 이와 같이, 다양한 메시 망을 사용하여 입도별로 선별된 분말 또는 분말액은 용도별 및 함량별로 구분되어 보관 및 사용된다. 이와 같이, 천연 광물을 파쇄, 정제, 선별하여 만들어지는 분말은 총 중량 기준으로 80.0 내지 99.8wt% 범위의 이산화규소를 함유한다.
점토와 물을 혼합하여 점토액을 만드는 단계(S130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 점토에 물을 혼합하여 생점토액을 만드는 단계(S132)와, 생점토액을 수비 과정을 통해 정제하여 불순물을 제거하는 단계(S134)와, 생점토액을 체에 걸러 생점토액의 고체 성분 중 기준 입도 범위 내의 입도를 갖는 고체 성분을 갖도록 선별하는 단계(S136)를 포함한다. 또한, 정제된 생점토액을 후속 단계(S136)에서 체에 걸러 입도에 맞춰 선별하지만, 그 전에(생점토액으로부터 수용성 불순물을 제거하는 단계 이후에) 생점토액을 원심 분리시켜 고체 성분 중 입도가 큰 하층부를 일부 제거하는 단계(S137)를 더 포함할 수 있다. 또한, 선별 단계(S136) 이후에, 생점토액에 혼합된 물의 양을 증감시켜 조절하는 단계(S138)를 더 포함한다. 실시예에서는, 생점토액을 체에 걸러 선별하였지만, 생점토액에 부유되는 미립자를 걸러 사용할 수도 있다.
생점토액을 수비 과정을 통해 정제하여 불순물을 제거하는 단계(S134)는 생점토액을 교반시켜 부유된 불순물을 제거하는 단계(S134a)를 포함한다. 또한, 생점토액에 혼합된 물을 복수회 갈아주어 수용성 불순물, 특히 오산화이인(P2O5)을 제거하는 단계(S134b)를 포함한다. 이와 같이, 생점토액에 혼합된 불순물을 제거하여 연마액의 사용 시, 즉 도구를 연마하는 과정에서 불쾌한 냄새가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또, 도구를 부식시킬 수 있는 수용성 불순물(예컨대, 오산화이인)을 제거하여 연마된 날의 유지력을 향상시킬 수 있다.
천연 광물 분말과 점토액의 준비가 완료되면, 이들을 섞은 혼합액, 즉 연마액이 만들어진다(S140). 혼합 전의 천연 광물 분말 또는 분말액은 총 중량 기준으로 80 내지 99.8wt% 범위의 이산화규소를 함유한다. 또, 혼합 후의 연마액 중의 고체 성분은 총 중량 기준으로 40.0 내지 90.0wt 범위의 이산화규소를 함유한다. 또한, 연마액에 혼합된 물의 양은, 연마액을 편평한 숫돌의 표면에 떨어뜨렸을 때 흘러내리지 않을 정도의 점성을 갖도록 혼합된다. 연마액의 점성이 지나치게 큰 경우, 연마액의 사용시 엉킴이 발생할 수 있다. 따라서, 숫돌의 표면 상태나 연마되는 도구의 날 상태 등에 따라 연마액에 물을 추가하여 연마액의 점성을 희석시킬 수도 있다. 또한, 점도가 증가되도록 연마액에 혼합된 물의 양을 줄일 수도 있다.
전술한 바와 같이 제조되는 연마액을 숫돌의 표면에 바로 떨어뜨린 후 도구의 날을 연마하는데 사용될 수 있어, 종래와 같이 연마액을 만드는데 많은 노력과 시간이 소요되지 않는다. 즉, 숫돌을 보다 간편하게 사용할 수 있다. 또한, 연마액에 함유되는 이산화규소의 함량을 숫돌의 종류, 도구의 종류 등에 맞춰 조절할 수 있어 도구의 날을 보다 매끈하고 날카롭게 연마할 수 있다. 또한, 연마액에는 불순물이 포함되어 있지 않아, 숫돌을 이용한 도구의 연마 시 불쾌한 냄새가 발생하는 것을 방지하고, 도구의 날이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
<3. 인조석의 제조 방법>
본 발명의 실시예에 따른 인조석의 제조 방법에 대하여 첨부된 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 후술되는 내용에서, 전술한 연마액 및 연마액의 제조 방법을 설명하면서 기재한 내용과 동일하거나 유사한 내용은 삭제하거나 생략하기로 한다. 실시예에 따른 인조석의 제조 방법은 전술한 연마액의 제조 방법을 이용한 것으로, 연마액의 제조 방법으로부터 제조된 연마액을 고형화시키는 방법이다. 이러한 인조석의 제조 방법을 통해 제조된 인조석은 도구의 날을 연마하는 숫돌로 사용되거나 또는 숫돌의 표면을 갈아내는 숫돌 가는 숫돌로 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 인조석의 제조 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 연마액을 건조시켜 연마 분말(천연 광물 분말 및 점토액의 고체 성분 포함)을 만드는 단계(S210)와, 연마 분말을 교반하는 단계(S220)와, 연마 분말을 성형틀에 장입하고 가압 성형하여 성형물로 만드는 단계(S230)와, 성형물에 단계적으로 열을 가해 소성 변형물로 만드는 단계(S240) 및 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계(S250)를 포함한다.
실시예에서는, 연마액을 건조시킨 후에 교반 단계를 거치지만, 건조시키기 이전에 연마액을 교반시켜 혼합할 수도 있다. 또한, 성형틀에 건조된 연마 분말을 장입하였지만, 건조되지 않거나 또는 반건조된 연마 분말이 성형틀에 장입될 수도 있다. 연마액은 자연 건조되거나, 건조기 등을 통해 기계 건조될 수 있다.
연마 분말은 성형틀 내에 빈 공간이 없도록 채워지고, 가압되어 성형틀의 형상에 맞춰 성형된다(S230). 성형틀은 사각 통 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않고 다양한 통 형상을 가질 수 있다. 또한, 인조석이 숫돌차로 형상을 갖도록 성형틀은 납작한 원통 형상을 가질 수 있다. 실시예에서, 성형틀은 210×70×(20~25)[mm]의 (길이×폭×두께)를 가지며, 성형틀 내부에 장입된 연마 분말 또는 연마액은 5~7㎏/㎠의 압력으로 가압된다.
성형틀 내에 장입되어 가압됨으로써 수분이 빠진 이후, 성형틀은 가열로(실시예에서는, 전기로)에 장입되고 단계별로 소성 변형되어 소성 변형물로 만들어진다(S240). 이 실시예에서는 1차 내지 3차의 단계별 소성 변형을 거친다. 1차 소성 단계(S242)에서는, 성형틀을 180℃에 도달할 때까지 5℃/min의 속도로 승온시키고, 180℃에 도달 후 120분간 유지시킨다. 또, 2차 소성 단계(S244)에서는, 1차 소성된 상기 소성 변형물을 450℃에 도달할 때까지 10℃/min의 속도로 승온시키고, 450℃에 도달 후 60분간 유지시킨다. 또, 3차 소성 단계(S246)에서는, 2차 소성된 상기 소성 변형물을 750℃에 도달할 때까지 10℃/min의 속도로 승온시키고, 750℃에 도달 후 120분간 유지시킨다. 3차 소성 단계까지 완료된 성형틀 내의 소성 변형물은 상온으로 다시 냉각된다(S250).
이와 같이, 성형틀에 장입시킨 연마액에 접합제를 첨가하지 않고, 750℃의 고온으로 가열함으로써, 연마액에 포함된 연마 분말 및 점토 분말이 소결되어 성형틀의 형상으로 고형화된다. 실시예에서와 같이, 성형틀의 온도를 단계별로 구분하여 승온시키고, 각 단계마다 일정 시간 유지시킴으로써 성형틀에 의해 제조되는 소성 변형물, 즉 인조석의 조직이 치밀해진다. 성형틀의 가열 온도가 750℃를 초과하는 경우에는, 소성 변형물의 조직이 너무 치밀해지기 때문에 입자의 탈락이 이루어지지 않게 된다. 따라서, 숫돌 가는 숫돌로 용이하지 않다. 그리고, 성형틀의 가열 온도가 800℃를 초과하게 되면, 자화(磁化) 현상이 생기게 된다. 따라서, 인조석이 도자기와 같이 단단하게 되어 숫돌로서의 사용이 어렵게 된다.
또한, 성형틀 내의 소성 변형물은 상온까지 20℃/min 의 속도로 냉각된다. 이와 같이 소성 변형물을 냉각시킴으로써 성형성을 향상시키고, 소성 변형물 내부 구조에 남아있는 열 이력 및 가공에 의한 영향을 제거할 수 있다. 또, 내부의 변형을 바로잡아 내부 균열을 제거하고, 조직의 균일성을 향상시킬 수 있다.
다른 실시예에 따른 인조석의 제조 방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 연마액을 건조시켜 연마 분말을 만드는 단계(S310)와, 연마 분말에 결합제를 혼합하고 교반하는 단계(S320)와, 연마 분말을 성형틀에 장입하고 가압 성형하여 성형물을 만드는 단계(S330)와, 성형물에 열을 가해 소성 변형물을 만드는 단계(S340)와, 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계(S350)를 포함한다. 실시예에서는, 연마 분말에 결합제가 혼합되었지만, 연마액에 결합제가 혼합될 수도 있다.
다른 실시예에서, 연마 분말의 입자들을 접합시키는 접합제가 사용되는 것과, 소성물을 소성 변형시키는 단계와 냉각시키는 단계가 다른 것을 제외하고는, 전술한 일 실시예에서의 연마석의 제조 방법과 동일하다.
실시예에서, 접합제로는 베이클라이트(bakelite), 폴리에스터 수지 등과 같은 열경화성 수지가 사용된다.
인조석을 제조하기 위해서 접합제가 사용되기 때문에 소결이 생기는 고온까지 소성 변형시키지 않으며, 접합제가 연마 입자 사이에 골고루 침투할 수 있을 정도로 용해된다. 이 실시예에서, 연마액을 소성 변형물로 소성 변형시키기 위해 성형틀을 전기로에 장입한 후 180℃에 도달할 때까지 5℃/min의 속도로 승온시키고, 180℃에 도달 후 180분간 유지시킨다(S340). 또한, 소성 변형된 소성 변형물은 5℃/min의 속도로 온도 하강되어 상온으로 냉각된다(S350).
<4. 인조석>
본 발명의 실시예에 따른 인조석은 전술한 실시예 또는 다른 실시예에 따른 인조석의 제조 방법을 통해 각각 제조된다. 이러한 인조석은 숫돌 가는 숫돌로 사용될 수 있으며, 종래의 천연 숫돌과 같은 천연 광물으로 이루어지기 때문에 도구의 날을 부드럽게 연마할 수 있는 마감력이 우수하다. 더욱이, 채굴에 어려움이 있는 고가의 천연 숫돌과 달리 쉽게 구할 수 있는 천연 광물을 사용하기 때문에 저가로 제조 및 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 연마액은 도구를 연마하는 용도 외에도, 피부 각질제거 및 박피용으로 사용될 수 있다. 연마액의 사용법으로서, 피부의 상태에 따라 연마액에 함유된 연마 성분의 함량을 선정하고, 소량(수 내지 수십 cc)의 양을 피부에 바르고, 수회 문질러 준 후 씻어줌으로써 피부의 각질 등을 제거할 수 있다. 연마액은 정제 과정을 거쳐 오산화이인 등과 같은 불순물이 제거되었을 뿐만 아니라 입자가 미세한 입도를 갖기 때문에 피부의 각질제거 및 박피(필링) 시에 피부의 자극이나 손상을 최소화시킬 수 있다. 또한, 점성을 높여 머드팩과 같이 간편하게 사용할 수도 있다. 또한, 연마액에 포함되는 연마 성분(연마 분말)은 비누나 클랜징액을 제조할 때 첨가제로서 사용 가능하며, 보습제를 추가하여 세안제로도 사용할 수 있는 등 그 활용 범위가 광범위하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 변경 및 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.

Claims (19)

  1. 규석, 규사 및 규조토, 규산무수물 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물인 천연 광물로부터 획득되고 총 중량 기준으로 80.0 내지 99.8wt% 범위의 이산화규소를 함유한 천연 광물 분말과,
    점토를 물에 혼합한 점토액을 포함하고,
    상기 천연 광물 분말과 상기 점토액의 고체 성분은 기준 입도 범위 내의 입도를 가지며,
    상기 천연 광물 분말과 상기 점토액의 혼합액 중 고체 성분은 총 중량 기준으로 40.0 내지 90.0wt% 범위의 이산화규소를 함유하는 연마액.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 점토는 고령토, 태토 및 황토 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물인 연마액.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기준 입도 범위는 0.5 내지 35.0㎛인 연마액.
  5. 제1항에 있어서, 상기 천연 광물 분말은 알루미나 및 기타 화합물을 함유하고, 상기 기타 화합물은 이산화티타늄, 삼산화이철, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화칼륨 및 산화나트륨 중 적어도 하나인 연마액.
  6. 규석, 규사 및 규조토, 규산무수물 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물인 천연 광물 및 점토를 준비하는 단계와,
    상기 천연 광물로부터 천연 광물 분말을 획득하는 단계와,
    상기 점토를 물에 혼합하여 점토액을 만드는 단계와,
    상기 천연 광물 분말 및 상기 점토액을 혼합하여 혼합액을 만드는 단계를 포함하고,
    상기 혼합액에 함유된 상기 천연 광물 분말과 상기 점토액의 고체 성분은 기준 입도 범위 내의 입도를 갖는 연마액의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 천연 광물 분말을 획득하는 단계는
    상기 천연 광물을 파쇄하는 단계와,
    상기 분말을 정제하고 건조시키는 단계와,
    상기 분말을 체에 걸려 상기 기준 입도 범위 내의 입도를 갖는 분말을 선별하는 단계를 포함하고,
    상기 분말은 총 중량 기준으로 80.0 내지 99.8wt% 범위의 이산화규소를 함유하는 연마액의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분말을 정제하는 단계는
    상기 분말에 물은 혼합하여 분말액을 만드는 단계와,
    상기 분말액을 교반하고 부유 불순물을 제거하는 단계와,
    상기 분말액에 혼합된 물을 복수 회 갈아주어 수용성 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 연마액의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 점토액을 만드는 단계는
    상기 점토에 물을 혼합하여 생점토액을 만드는 단계와,
    상기 생점토액을 복수회 정제하여 수용성 불순물을 제거하는 단계와,
    상기 생점토액을 체에 걸러 상기 생점토액의 고체 성분 중 상기 기준 입도 범위 내의 입도를 갖는 고체 성분을 갖도록 선별하는 단계와,
    상기 생점토액에 혼합된 물의 양을 증감시키는 단계를 포함하는 연마액의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 혼합액을 만드는 단계에서
    상기 천연 광물 분말 및 상기 점토액은 상기 혼합액의 고체 성분 중 총 중량 기준으로 40.0 내지 90.0wt% 범위의 이산화규소를 함유하도록 혼합되는 연마액의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 기준 입도 범위는 0.5 내지 35.0㎛인 연마액의 제조 방법.
  12. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 연마액을 이용한 인조석의 제조 방법이며,
    상기 연마액을 건조시켜 연마 분말을 만드는 단계와,
    상기 연마 분말을 교반하는 단계와,
    상기 연마 분말을 성형틀에 장입하고 가압 성형하여 성형물을 만드는 단계와,
    상기 성형물에 단계적으로 열을 가해 소성 변형물을 만드는 단계와,
    상기 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는 인조석의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 성형물에 단계적으로 열을 가해 소성 변형물을 만드는 단계는
    상기 성형물을 가열로에 장입하는 단계와,
    상기 가열로 내의 온도를 180℃에 도달할 때까지 5℃/min의 속도로 온도를 높이고, 180℃에 도달 후 120분간 유지시키는 1차 소성 단계와,
    상기 가열로 내의 온도를 450℃에 도달할 때까지 10℃/min의 속도로 온도를 높이고, 450℃에 도달 후 60분간 유지시키는 2차 소성 단계와,
    상기 가열로 내의 온도를 750℃에 도달할 때까지 10℃/min의 속도로 온도를 높이고, 750℃에 도달 후 120분간 유지시키는 3차 소성 단계
    를 포함하는 인조석의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계는
    상기 가열로 내의 온도를 상온에 도달할 때까지 20℃/min의 속도로 온도를 낮추는 인조석의 제조 방법.
  15. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 연마액을 이용한 인조석의 제조 방법이며,
    상기 연마액을 건조시켜 연마 분말을 만드는 단계와,
    상기 연마 분말에 베이클라이트 및 폴리에스터 수지 중 어느 하나의 열경화성 수지인 결합제를 혼합하고 교반하는 단계와,
    상기 연마 분말을 성형틀에 장입하고 가압 성형하여 성형물을 만드는 단계와,
    상기 성형물에 열을 가해 소성 변형물을 만드는 단계와,
    상기 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는 인조석의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 소성 변형물을 만드는 단계는
    상기 성형물을 가열로에 장입하는 단계와,
    상기 가열로 내의 온도를 190℃에 도달할 때까지 5℃/min의 속도로 온도를 높이고, 190℃에 도달 후 180분간 유지시키는 소성 단계를 포함하는 인조석의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 소성 변형물을 상온으로 냉각시키는 단계는
    상기 가열로 내의 온도를 상온에 도달할 때까지 5℃/min의 속도로 온도를 낮추는 인조석의 제조 방법.
  18. 제12항에 기재된 인조석의 제조 방법에 의해 제조된 인조석.
  19. 제15항에 기재된 인조석의 제조 방법에 의해 제조된 인조석.
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