KR20030015144A - 카콜 세라믹 제조를 위한 조성물 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점토질재 혼합물을 바탕재로 하는 세라믹에 카콜셀을 고정시키기 위한 재료 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.

세라믹스의 산업상 이용 범위가 날로 커짐에 따라 재사용이 가능한 경질필터 부문에서 정수용, 정화조용, 하수종말처리 시스템 등에서와 건축재로써 기능성과 미감이 향상된 마감재와 전래온돌의 맥을 잇는 세라믹 온돌 등의 기본 소재로써 활용 가치를 도모하려는 것이다.

본 발명은 일반적인 요업분야에서 세라믹 재질의 견실도와 치밀성을 추구하는 점을 역으로 이용하는 것으로써 스폰지에서 보듯이 공극의 입성과 입도를 조정하고 거기에 더하여 탄화물을 고정하므로써 카콜셀을 형성케 하는 것이다.

카콜셀이라함은 탄화재(2500)가 될 목질재(2000)의 입상과 입경 및 입도를 요구되는 기능별로 조절하여 원료가 되는 혼합점토질재와 반죽한 다음 성형 건조후 소성시에 용해점에 도달하지 않은 온도에서 목질재만이 탄화되도록 가열시간 및 온도를 제어하면 연소 기체는 아직 용해점에 도달하지 않은 점토질재의 공극을 통해 빠져 나가고 이때 형성되는 부풀림이나 미세균열은 불연속적인 것으로써 세라믹에 미치는 영향은 크지 않고 탄화물이 잔류하게 되는데 다소 수축된 형태와 크기로 형성되는 셀내피(4500)와 탄화물(2500) 및 격간공극(4100)으로 이루어진 것을 일컫는다.

이렇게 형성된 카콜세라믹은 세라믹의 전 체적 대비 카콜셀의 조성비로 특정기능을 지니도록할 수 있는데, 일 예로써 물과 공기를 통과시키게 하므로써 탈취 및 청정여과 기능을 부가 할 수 있을 뿐만 아니라 감소된 자중과 설계된 강도에 의한 건축재로도 활용 범위가 확대될 것이며 특히, 향상된 미감을 연출할 수 있는 기능성 마감재로도 그 활용 가치가 기대되는 것이다.

Description

카콜 세라믹 제조를 위한 조성물 및 제조방법{The matter ＆ A know-how for the prodution of charcoal ceramics }

요업 부문 일반에서 세라믹을 제조할 때 그 재료가 되는 원료점토 내지는 점토혼합물에 기공을 제거하여 조직의 치밀도와 설계 강도를 얻기위한 노력을 기울이는 한편, 본 발명은 위의 강구하는 방법을 역으로 이용하여 카콜세라믹에 요구되는 기능을 지니도록 설계에 의해 공극의 입형, 입경, 입도를 극대화 시키고, 이렇게 조성된 공극셀에 탈취 및 거름 기능을 지니는 탄화물을 잔류시키므로써 세라믹의 재료적 특성을 창출하는 1차 조성물과 2차 조성물의 제조 방법에 대한 것이다.

종래의 요업 부문 일반에서는 고강도를 얻기위해 원료의 광물적인 요소와 화학적인 성분의 배합 기술과 소성기술을 발전시키는 한편, 건축재로써 경량이면서도 요구되는 강도를 얻기위한 일환으로 세립목탄가루나 톱밥을 원재료가 되는 혼합점토에 배합하여 소성과정에서 완전히 태워버리는 방법을 이용하고 있는데 이와 같은 다공질 벽돌재는 활용되는 범위가 경량의 특성에 의한 파티션재나 방음벽, 단열층 등에 쓰이고 있다.

한편, 필터의 일반적인 기능으로는 대상물질이 부유물, 유기물, 무기물, 세균 등에 따라 그 소재와 방식이 다양하게 개발되어 있으나 대개가 1회성으로 그 수명을 다하게 된다.

본 발명은 세라믹을 구성하는 일측 요소로써 공극을 셀의 형태로 그 크기를 확대할 뿐만 아니라 그 분포도를 균일하게 하고, 이렇게 적극적으로 조성된 공극셀내부에 탄화물 내지는 카콜을 포집케 하므로써 형성되는 카콜셀 또한 세라믹의 일측 구성 요소로 하여 통기성 및 통수성을 원할이 하고 탈취 및 여과기능을 증대시키는 세라믹의 조성물과 제조방법을 제시하는 것이다.

도 1은 배합원료토에 목질재 입자를 설계에 의한 입도를 조성한 1차 조성물 소지의 단면의 부분 확대도

도 2는 설계에 따른 강도와 탄화도를 맞추어 구워 낸 2차 조성물 단면의 부분 확대도

도 3은 카콜세라믹 겉면에 결정 처리한 후 통수성 및 통기성을 비결정피막 부분과 비교하여 보여주는 간략 개념도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1000 : 혼합점토질재 소지 1500 : 세라믹 소지

2000 : 목질재 입자 2500 : 탄화물

3000 : 점토 성형물 외피 3500 : 세라믹 외피

4000 : 카콜셀 4500 : 셀내피

4100 : 격간공극

5500 : 노출셀

6000 : 공극셀 10000 : 결정

상기의 목적을 달성하기 위하여 공극셀과 카콜셀을 단일 공정에서 형성되도록 강구된 방법을 살펴보면 다음과 같다.

카콜세라믹의 요구되는 기능에 맞도록 설계된 원재료토에 부가하려는 기능에 맞도록 설계된 목질재(표 3)의 입경과 입형 및 입도에 맞추어 배합한 조성물은 1 차 조성물로써, 성형,건조,가열,탄화단계,탄화시간 지속과 용융점 도달 지연,소성,냉각,냉각지연,급속냉각 등의 공정을 거치는데 가열온도와 가열시간 및 냉각온도와 냉각시간은 카콜세라믹의 크기, 두께, 카콜셀의 입경의 크기 및 입도와 가마방식에 의해 차이가 있으나 대체로 단일 표본을 살펴보면 재료토에 배합된 광물적 특성(표 1)과 화학적 특성(표 2)에 의해 용융점 및 가열시간에서 변수가 되는 것이 특징이다.

본 발명이 제시하는 공정상의 1차적 특징을 살펴보면 용융점에 도달하기 전에 충분한 탄화작용만을 유도한 후 용융상태를 생략하고 냉각공정으로 이행하므로써 세라믹의 경질성 보다는 탄화물 특유의 기능성만을 선택적으로 설계할 수 있게 하는 것이다. 배합성분이 용융점(표 5)에 도달하여 소성변성을 하기 전의 온도에서 카콜셀을 형성할 재료가 되는 목질재가 탄화할 수 있도록 용융점에 도달하는 시간을 지연시키므로써 충분한 탄화작용을 유도하는 단계다

탄화작용이 일어나는 동안 발생하는 탄화기체는 아직 소성변성이 일어나지 않은 가소성이 있는 상태의 원재료토의 공극을 통하거나 미세한 균열을 일으키며 증발하게 되는데, 이때 발생하는 부풀림현상이나 미세균열은 불연속적이므로 성형물의 원상에 변화를 줄만한 요인이 되지 않고, 용융점에 도달한 이후에 소성변성이 있게 되면 조직과 강도가 처음 설계된 대로 2차 조성물이 얻어지는 것이다.

이렇게 얻어진 2차 조성물을 본 발명은 카콜세라믹이라 칭한다. 2차 조성물은 기능에 따라 시유공정을 생략하거나 기능성 시유를 설계에 따라 공정을 거치게 되는데, 시유공정에서는 반드시 용융단계를 거치게 되는 것이다(표 4).

도 3은 세라믹외피의 양측면을 결정유약으로 처리하므로써 결정(10000) 부분과 비결정(3500) 부분으로 구별되는데 결정(10000) 부분은 내침식성 및 표면 강도를 강화시키고, 비결정(3500) 부분은 통수 내지는 통기 경로로 확보되는 것을 보여주고 있다.

전술한 바와 같이 본 발명이 제시하는 공정상의 특징으로 용융점에 도달하는 시간을 상당히 지연시키므로써 탄화작용만을 유발한 후, 용응하지 않고 바로 냉각공정으로 이행할 경우엔 탄화정도가 순수한 카콜셀을 고정할 수 있는 한편, 용융점까지 또는 그 이상의 온도에서 소성공정을 거치므로써 탄화의 정도 및 변성정도를 조절하는 방법으로 카콜셀이 고정된 강화된 강도의 세라믹을 얻을 수 있고, 완전연소를 유발할 경우엔 극대화 된 공극셀에 의해 현격하게 비중이 감소되는 세라믹 재료를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 1차 조성물의 부분 확대 단면의 입상을 보여 주고 있는데 목질재의 큰 입자와 중간 입자, 작은 입자로 구별되는 것을 볼 수 있다.

도 2는 2차 조성물의 부분 확대 단면의 입상을 보여 주고 있는데 입경이 큰 목질재는 1차 조성물 때 지니던 체적의 70~85% 정도의 탄화물(2500)을 남기고 나머지 부분은 격간공극(4100)으로 빈공간을 남기게 되고, 중간 입자는 1차 조성물 때 지니던 체적의 30∼50% 정도의 탄화물을 남기고 격간공극을 형성하며, 작은 입자는 1차 조성물 때 지니던 체적의 100%가 완전 연소되고 미량의 재를 남긴 채 공극셀(6000)을 형성하게 되는 것이다.

도 2에서 보여주듯이 다양한 입경의 공극셀 내지는 카콜셀을 하나의 소지에 분포하도록 형성할 수 있는 한편, 단일 한 입경에 단일한 입형을 불균일하게 포집케 하거나 켜켜로 층을 형성케하는 분포상을 설계하므로써 특성이 창출된 세라믹은 그 잠재적 가치가 매우 큰 것으로써 활용범위의 일 예를 보면, 재래식 우물에 정수기능을 지니는 매립관으로, 하수처리장의 최종 단게인 배출관으로, 매립 정화조의 외측 매립관으로써 토양과의 접경부에, 간이 상수도의 반영구적인 필터로, 하얀 제방의 수변과 육상 토양부의 경계블럭으로 씌일 수 있을 뿐만아니라,

전래 구들돌을 대체하는 세라믹 구들돌로, 숨쉬는 벽체 조성재로, 자연석을 대체하는 마감재로써, 대형 모자이크타일로, 조경용 대체 석재 및 화단 조성재, 목용탕 미끄럼 방지 바닥재로 등, 그 이용 가치가 매우 크다고 할 수 있다.

Claims (3)

1. 카콜세라믹의 구성 요소로써 세라믹 소지에 카콜셀 내지 입상 공극셀을 고정할 목적으로 광물성분의 특성비 내지 화학적 조성의 특성비로 혼합한 원료점토재와 탄화물이될 소재로써 목질재 내지 섬유질재를 체적비로 혼합한 1차 조성물.
2. 1차 조성물이 가열공정을 거치는 동안 목질재 내지 섬유질재는 탄화물로 고정되어 카콜셀 내지는 공극셀로 전환 되고 원료점토재는 소성변성을 마친 2차 조성물의 세라믹
3. 1차 조성물이 가열공정 중 용융하기 전에 목질재 내지 섬유질재가 충분히 탄화하여 탄화물로 고정되어 카콜셀 내지는 공극셀을 형성하고 1차 조성물의 원료토는 용융하지 않은 채 냉각 공정으로 이행하는 단계의 카콜셀 제조방법(표 5).

   [표 1]

   [표 2]

   [표 3]

   [표 4]

   [표 5]