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KR20110068207A - 조습성 세라믹 성형체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 세라믹 타일 - Google Patents

조습성 세라믹 성형체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 세라믹 타일 Download PDF

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KR20110068207A
KR20110068207A KR1020090125063A KR20090125063A KR20110068207A KR 20110068207 A KR20110068207 A KR 20110068207A KR 1020090125063 A KR1020090125063 A KR 1020090125063A KR 20090125063 A KR20090125063 A KR 20090125063A KR 20110068207 A KR20110068207 A KR 20110068207A
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KR
South Korea
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ceramic
humidity
alumina
ceramic molded
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임호연
정승문
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(주)엘지하우시스
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Abstract

본 발명은 모물질; 및 γ-알루미나를 포함하는 조습성 세라믹 성형체, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 세라믹 타일에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체는, 조습기능을 가지는 다공성의 γ-알루미나를 함유하므로 우수한 조습기능을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체의 제조방법에 의하면, 저가의 공업용 알루미늄 소스를 γ-알루미나로 상 변이시킴으로써 제조비용을 절감하는 동시에 우수한 조습기능 및 탈취기능뿐만 아니라 장식성을 가지는 조습성 세라믹 성형체 및 이를 이용하여 제조한 세라믹 타일을 제공할 수 있다.
조습성, 탈취기능, 세라믹 성형체, γ-알루미나, 상 변이, 알루미늄 소스, 세라믹 타일

Description

조습성 세라믹 성형체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 세라믹 타일{Ceramic material having humidity controlling performance, preparing method thereof and ceramic tile using the same}
본 발명은 조습성 세라믹 성형체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 세라믹 타일에 관한 것이다.
최근 건축물의 초고층화, 고단열 및 고기밀화로 인해 실내공기를 외부 공기와 강제로 환기시키지 않는 이상 실내 공기의 질은 저하될 수밖에 없는 실정이다. 특히, 여름철 높은 실내습도로 인해 거실 창이나 실내의 구석진 벽에 결로가 발생하고, 그로 인해 곰팡이, 진드기 등이 발생하여 호흡기 질환 및 아토피 등의 발생을 유발하는 문제가 발생하고 있다. 또한, 각종 건축자재로부터 발생하는 VOC, 포름알데히드 가스로 인해 새집증후군 또는 새빌딩증후군이 발생하여 심각한 사회문제로 대두되고 있다.
이러한 문제를 해결하고자, 유해가스 등을 흡착해서 제거하고, 습도가 높을 때에는 습기를 빨아들여서 실내 습도를 낮추었다가 건조해지면 흡수한 수분으 내보내서 습도를 높여줄 수 있는 다양한 기능성을 가지는 제품의 개발 필요성이 높아지고 있는 실정이다.
최근 일본의 이낙스사(INAX)는 초미세 다공질 세라믹 타일을 이용하여 포름알데히드 가스, 생활악취 또는 VOC 가스 등을 흡착하는 동시에, 흡습 및 방습 기능을 나타냄으로써 실내 습도를 조절해주는 에코카라트라는 기능성 타일을 출시하였다.
상기 에코카라트는 조습성을 부여하기 위한 조습분말로서 화산점토 분말을 사용하는데, 상기 화산점토 분말 중에서도 알로펜과 같은 특정한 지방의 화산점토 분말을 사용하는 경우, 조습성은 양호하게 되지만 제조비용이 높아진다는 단점이 있으며, 내부적으로 원가절감을 하기 위하여 다소 저급의 화산점토 분말을 사용하는 경우에는 조습성이 떨어지며, 좋은 품질을 나타내기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 현재까지 국내에서 기능성 타일로 출시되는 제품들은 전반적으로 흡습 기능은 있지만 방습기능이 떨어진다는 단점이 있으며, 기능성보다는 디자인을 우선시하여 제조한 것들이 대부분이어서 조습기능을 발휘하는 세라믹 성형체에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 기술개발의 필요성에 따라 창출된 것으로서, 조습 및 탈취 기능이 우수한 γ-알루미나를 포함하는 조습성 세라믹 성형체를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저가의 알루미늄 소스를 γ-알루미나로 상 변이시킴으로써 제조비용을 절감하고, 우수한 조습 및 방습기능을 가지는 조습성 세라믹 성형체의 제조방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 조습성 세라믹 성형체를 이용하여 제조된 우수한 조습성 세라믹 타일을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 모물질; 및 γ-알루미나를 포함하는 조습성 세라믹 성형체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 모물질; 및 γ-알루미나로 상 변이 될 수 있는 알루미늄 소스를 포함하는 세라믹 성형체를 제조하는 제 1 단계; 및 상기 제 1 단계에서 얻어진 세라믹 성형체를 열처리하여 상기 알루미늄 소스를 γ-알루미나로 상 변이 시키는 제 2단계를 포함하는 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명의 조습성 세라믹 성형체를 이용하여 제조한 세라믹 타일 및 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 조습 기능이 우수한 γ-알루미나를 함유하므로 조습 및 방습 기능이 우수한 조습성 세라믹 성형체를 제공할 수 있고, 이의 제조방법에 의하면, γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 저가의 알루미늄 소스를 γ-알루미나로 상 변이시킴으로 인하여 제조비용을 절감할 수 있고, 우수한 조습 및 탈취 기능을 갖는 조습성 세라믹 성형체를 용이하게 제조할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체를 이용하여 제조한 세라믹 타일은, 기존에 사용되어 온 타일에 비하여 우수한 조습 기능을 가지는 기능성 타일로 사용될 수 있다.
본 발명은 모물질; 및 γ-알루미나를 포함하는 조습성 세라믹 성형체에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 조습성 세라믹 성형체를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 조습성 세라믹 성형체는 모물질; 및 γ-알루미나를 포함한다.
여기서, 모물질이란, 본 발명의 조습성 세라믹 성형체를 구성하는 기초 모재 가 되는 물질로서, 상기 세라믹 성형체가 어떤 형태로 제조되는지에 따라 그 종류가 다양하게 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 세라믹 성형체가 세라믹 타일용으로 제조되는 경우, 세라믹 타일의 모재로 사용되는 모물질은 점토 백토 및 황토로 이루어진 군으로부터 선택하여 사용될 수 있고, 상기 세라믹 성형체가 세라믹 보드용으로 제조되는 경우, 세라믹 보드의 모재로 사용되는 세라믹 섬유 또는 석고 등이 모물질로 사용될 수 있으나, 상기 기재된 예에 제한되는 것은 아니고, 세라믹 성형체를 구성하기 위하여 기초 재료로 사용될 수 있는 모든 물질을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에서 조습기능을 부여하는 γ-알루미나는 전이상태의 알루미나로서, 일정한 열처리에 의하여 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 미세기공이 표면에 형성되어 우수한 조습 및 탈취 기능을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 γ-알루미나는 습도가 높을 때에는 미세기공을 통하여 습기를 흡수하여 실내의 습도를 낮추는 기능을 하고, 반대로 습도가 낮을 때에는 기공 내에 저장되어 있던 습기를 방출하여 실내 습도를 높이는 기능을 한다.
본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체에 함유되는 γ-알루미나로서, 상용 γ-알루미나를 사용할 수도 있으나, 비용절감 및 효율성의 측면에서, 보다 구체적으로는 저가의 알루미늄 소스를 열처리에 의하여 상 변이시킨 γ-알루미나를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체에 함유된 모물질 및 γ-알루미나의 함량이 특별히 제한되는 것은 아니고, 세라믹 성형체의 적용 분야 및 용도에 따라 기타 다른 첨가물이 첨가됨에 따라 그 함량이 달라질 수 있으나, 예를 들면, 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체 내에서 모물질은 40 중량부 내지 70 중량부의 양으로 함유될 수 있다.
또한, 상기 조습성 세라믹 성형체는 γ-알루미나 5 중량부 내지 40 중량부를 포함하는 것일 수 있고, 보다 구체적으로는 10 중량부 내지 35 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 γ-알루미나의 함량이 5 중량부 미만의 양으로 함유되는 경우, 충분한 조습 기능을 나타내기 어려워질 우려가 있으며, 40 중량부를 초과하는 경우, 성형체의 소결이 저하됨에 따라 성형체의 강도가 저하될 우려가 있다.
또한, 본 발명의 조습성 세라믹 성형체는 실리콘과 알루미늄을 포함하되, 실리콘의 함량보다 알루미늄의 함량이 더 많을 수 있다.
또한, 상기 γ-알루미나의 비표면적이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 150 내지 350㎡/g인 것일 수 있다.
상기 γ-알루미나의 비표면적이 150㎡/g 미만인 경우, 충분한 조습기능을 나타낼 수가 없고, 350㎡/g를 초과하는 경우, 제조공정의 어려움을 초래할 수 있으며, 제조비용을 상승시킬 우려가 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 조습성 세라 믹 성형체는 흡방습량이 우수하여 조습 및 탈취기능을 가지는 기능성 성형체로 다양한 형태로 사용될 수 있으며, 상기 조습성 세라믹 성형체의 흡방습량이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 흡방습량이 250g/㎡ 이상일 수 있다.
상기 흡방습량의 측정방법은 이 분야에서 공지된 측정 방법은 모두 포함할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 25℃의 온도 및 상대습도(Relative Humidity, RH) 50%의 조건에서 24시간동안 방치한 후, 다시 25℃의 온도 및 RH 90%의 조건에서 12시간 동안 유지하여 무게차이를 측정하고, 다시 25℃의 온도 및 RH 50%의 조건에서 12시간 동안 유지한 후, 무게차이를 측정하여 그 평균값을 단위 면적으로 환산하여 계산할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체는 화산점토를 방습제료로 사용한 기존의 성형체에 비하여, 흡방습량이 크게 우수하므로 다양한 기능성 제품에 적용되어 새집증후군, 아토피 및 새빌딩증후군 등에 의한 피해를 크게 줄일 수 있다.
한편, 본 발명은 모물질; 및 γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 알루미늄 소스를 포함하는 세라믹 성형체를 제조하는 제 1 단계; 및 상기 제 1 단계에서 얻어진 세라믹 성형체를 열처리하여 상기 알루미늄 소스를 γ-알루미나로 상 변이 시키는 제 2단계를 포함하는 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체의 제조방법에서, 제 1 단계는 모물질; 및 γ-알루미나로 상 변이 될 수 있는 알루미늄 소스를 포함하는 세라믹 성형체를 제조하는 단계이다.
제 1 단계에서, 모물질과 함께 직접 γ-알루미나를 혼합하는 것이 아니라, γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 저가의 알루미늄 소스를 이용하여 세라믹 성형체를 제조하므로 원가를 크게 절감할 수 있다.
여기서, γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 저가의 알루니늄 소스는 열처리에 의하여 γ-알루미나로 상 변이 할 수 있는 알루미늄 소스는 모두 포함할 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄산알루미늄, 염화알루미늄 및 염화알루미늄 이수화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있고, 구체적으로는 수산화알루미늄을 사용할 수 있다.
상기 수산화알루미늄의 순도는 특별히 제한되는 것은 아니며, 순도가 높은 수산화알루미늄과 순도가 낮은 알루미늄 슬래그를 사용하는 것도 가능하지만, 구체적으로는 95% 이상의 순도를 가지는 수산화알루미늄을 사용할 수 있다.
또한, 상기 γ-알루미나로 상 변이 될 수 있는 알루미늄 소스의 평균입경은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 1 내지 100um인 것을 사용할 수 있고, 구체적으로는 1 내지 50um인 것을 사용할 수 있다.
상기 알루미늄 소스의 평균입경이 1㎛ 미만인 경우, 성형체의 강도를 저하시키고 제조비용을 상승시킬 수 있다는 문제점이 있으며, 100㎛를 초과하는 경우, 조습기능을 저하시킬 우려가 있다.
또한, 상기 제 1 단계에서, 세라믹 성형체에 함유되는 모물질 및 γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 알루미늄 소스의 함량이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 세라믹 성형체는 γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 알루미늄 소스 5 중량부 내지 40 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
즉, 구체적으로는 상기 γ-알루미나로 상 변이 될 수 있는 알루미늄 소스가 모두 상 변이를 통하여 γ-알루미나를 형성할 수 있다.
한편, 상기 제 1 단계는, 세라믹 성형체에 입성장 억제제를 첨가하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 입성장 억제제는 고온에서 세라믹 성형체를 소성하는 과정에서 발생되는 알루미늄 소스의 입성장을 억제함으로써 다공성 비표면적을 유지시켜주는 역할을 한다. 즉, 입성장 억제제는 알루미늄 소스를 고온 열처리하여 γ-알루미나로 상변이시키는 경우에 발생될 수 있는 γ-알루미나의 입성장을 억제하며, 이에 따라 γ-알루미나의 비표면적 감소에 따른 미세기공 양의 감소를 방지할 수 있어 고온 열처리에 따른 소성 시에도 우수한 조습기능 및 탈취 기능을 유지할 수 있도록 해준다.
아울러, 상기 입성장 억제제의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 희토류 산화물, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
구체적으로는 산화바륨(BaO), 산화니켈, 산화칼슘, 및 산화마그네슘 등이 단 독 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
또한, 상기 제 1단계에서, 세라믹 성형체 내에 첨가되는 입성장 억제제의 함량이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 입성장 억제제는 세라믹 성형체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 양으로 함유될 수 있다.
여기서, 상기 입성장 억제제가 0.1 중량부 미만으로 함유되는 경우, 입성장 억제효과를 발휘하지 못하여 소성 공정 시 알루미늄 소스의 상 변이에 의하여 생성되는 γ-알루미나의 평균입경이 늘어나 비표면적이 감소하고 미세기공이 줄어들 우려가 있으며, 5 중량부를 초과하는 경우, 입성장 억제효과가 줄어들고 제조비용을 증가시킬 우려가 있다.
아울러, 상기 제 1 단계는, 모물질; 및 γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 알루미늄 소스를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계 (1); 및 상기 단계 (1)에서 제조된 혼합물을 이용하여 세라믹 성형체를 성형하는 단계 (2)를 포함할 수 있다.
즉, 단계 (1)에서, 상기 모물질 및 γ-알루미나로 상 변이 될 수 있는 알루미늄 소스를 포함하는 혼합물을 먼저 제조한 후, 단계 (2)에서 상기 혼합물을 이용하여 세라믹 성형체를 성형할 수 있다.
이때, 상기 혼합물을 제조하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 이 분야에서 공지된 혼합 방법을 모두 포함할 수 있으나, 구체적인 예를 들면, 우선, 상기 혼합물을 볼밀을 이용하여 균일한 혼합 및 적정한 크기로 분쇄할 수 있으며, 분쇄 시에는 물, 유기바인더, 분산제 및 소포제 등을 적절한 양으로 첨가할 수 있다. 이어서, 상기한 바와 같이 분쇄된 혼합물이 적절한 점도를 가지는 슬러리 형태가 되면, 이를 분무 건조 공정을 통하여 구형 입자를 가지는 과립 분말 형태로 제조할 수 있다.
즉, 상기 혼합물은 함수율이 5 내지 10%이고, 평균입도가 100 내지 300㎛ 구형의 과립 분말 형태일 수 있다. 이와 같은 형태의 혼합물을 이용하는 경우, 이 후 건식 성형 공정시에 미세구조가 개선되고, 수율이 향상되며, 생산성이 향상될 수 있다.
상기 과립분말 형태의 혼합물이 제조되면, 이를 건식프레스 금형에 투입하여 원하는 형상의 세라믹 성형체를 제조할 수 있다.
한편, 제 1단계에서 제조된 세라믹 성형체는 건조공정을 통하여 건조할 수 있다. 이 때 건조온도가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 200 내지 250℃의 온도에서 건조를 수행할 수 있으며, 이 경우 고온의 가스 연속로를 통과하는 짧은 시간 동안에 성형체가 변형 또는 소지 폭발과 같은 불량을 억제할 수 있다.
한편, 제 2단계의 열처리는 연속로 내에서 800 내지 1000℃의 온도에서 수행될 수 있고, 보다 구체적으로는 800 내지 900℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 세라믹 성형체를 800℃ 미만의 온도에서 열처리 하는 경우, 세라믹 성형체의 소성강도가 낮아질 우려가 있으며, 1000℃ 를 초과하는 온도에서 열처리하는 경우, 전이상태의 γ-알루미나가 α-알루미나로 상 변이 됨으로써 조습기능이 현저하게 감소될 수 있다.
아울러, 상기 열처리 시간은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 5 분 내지 10분 동안 수행될 수 있다.
또한, 상기 열처리를 가스연속로에서 수행함에 따란 생산성을 향상시킬 수도 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 또한, 상기 조습성 세라믹 성형체를 이용하여 제조한 세라믹 타일에 관한 것이다.
여기서, 상기 조습성 세라믹 성형체는 바인딩 물질 또는 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 조습성 세라믹 성형체에 함유되는 바인딩 물질은 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 프리트 분말 및 유리 분말을 바인딩 물질로 함유할 수 있다.
여기서, 상기 바인딩 물질로 사용되는 프리트 분말은 화도가 750℃ 내지 850℃의 프리트 분말이 사용될 수 있다. 이와 같은 프리트 분말을 바인딩 물질로 사용하는 경우, 낮은 온도에서 열처리하더라도 충분한 강도를 나타낼 수 있다는 장점이 있다. 하지만 화도가 750℃ 이하의 프리트 분말을 사용할 경우 제조비용이 증가하는 단점이 있을 수 있으며, 850℃ 이상의 프리트 분말을 사용할 경우는 강도가 충분히 나타나지 않기 때문에 바람직하지 않다.
상기 바인딩 물질은 조습성 세라믹 성형체 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 20 중량부의 양으로 함유될 수 있다.
상기 바인딩 물질이 조습성 세라믹 성형체 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만의 양으로 포함되는 경우, 성형체의 강도가 저하될 수 있으며, 20 중량부를 초과 하는 양으로 포함되는 경우, 조습기능이 저하될 수 있고 제조비용이 증가할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 상기 조습성 세라믹 성형체는 프리트 분말, 유리 분말, 규조토, 규석, 장석, 도석, 석회, 황토 및 유백제로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물을 추가로 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 첨가물의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니고, 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체의 기능이 손상되지 않는 범위 내에서 적절하게 채용할 수 있는 것이지만, 예를 들면, 조습성 세라믹 성형체 100 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 30 중량부의 양으로 함유될 수 있다.
상기 첨가물 중 규조토는 흡수성이 풍부한 다공질로서, 기능성 타일에 첨가되는 경우, 흡수 기능을 보다 향상시킬 수 있고, 기타 규석, 장석, 도석 및 석회 등도 각각 적절한 양으로 상기 조습성 세라믹 성형체 내에 함유될 수 있다.
아울러, 상기 유백제는 유리 제품에 흰빛이 나게 하기 위하여 첨가하는 분말로서, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 염화물, 주석, 티타늄 산화물, 황산염, 인산염, 비산염 및 불화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 조습성 세라믹 성형체는 표면에 형성된 유약층을 포함할 수 있다.
상기 유약층은 세라믹 타일의 표면에 형성되어 광택, 색채 또는 무늬를 형성하는 무기안료 분말을 포함하는 것으로서, 본 발명에서 상기 유약층이 특별히 제한 되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 조습성 세라믹 성형체의 표면에 형성되는 미세기공이 형성되어 있는 제 1유약층; 및 상기 제 1 유약층 상에 형성되고, 섬 형태의 유약 돌기가 분산되어 있는 제 2 유약층을 포함할 수 있다.
제 1 유약층은 화도가 800 내지 850℃이고, 평균입도가 1 내지 10um인 프리트 분말을 포함하는 것일 수 있다.
상기 제 1 유약층에 사용되는 프리트 분말로서 상기한 바와 같이, 화도가 800 내지 850℃이고, 평균입도가 1 내지 10um인 프리트 분말을 사용하는 경우, 프리트 분말이 완전히 녹지 않고 입자 형태는 유지하되 세라믹 성형체 바디에 강하게 부착만 한 형태를 띠게 되어 프리트 입자와 입자 사이에 기공이 존재하게 되어 세라믹 성형체의 표면과 대기와의 공기흐름통로를 형성시켜 줄 수 있다는 장점이 있다. 이러한 구조는 도 1과 2를 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조습성 세라믹 성형체를 이용한 세라믹 타일의 표면사진이고, 도 2는 도 1의 단면을 도시한 것으로, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이 조습성 세라믹 성형체를 이용한 세라믹 타일(100)은 타일 바디(10)의 상층에 화도가 높고 미세한 프리트 분말이 제 1유약층(20)을 형성하고, 상기 제 1유약층(20)의 상층에 화도가 낮은 제 2 유약층(30)이 형성된 구조를 갖는다. 이때, 상기와 같은 구조를 통해 소성공정 시 화도가 낮은 제 2 유약층(30)의 프리트 분말이 제 1유약층(20)의 프리트 분말 위에서 녹아서 도 1과 같이 섬 형태의 유약 돌기가 분산되어 있는 형태로 형성되는 구조를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 타일(100)과 대기와의 공기흐름통로를 유지할 수 있도록 할 수 있다.
한편, 도 3은 종래 세라믹 타일의 표면사진이고, 도 4는 도 3의 단면을 도시한 것으로 종래의 세라믹 타일은 제 1유약층(20)을 형성하지 않고, 타일 바디(1)의 상층에 제 2유약층(3)만을 형성시켜 형성한다. 도 2와 같이 제 1유약층(20)이 없이 제 2유약층(3)만을 형성시킨 후, 소성공정을 거치게 되면 제 2유약층(3)의 프리트 분말이 타일 바디(1) 표면에 녹아서(melting) 펴지게 된다. 이렇게 펴진 제 2유약층(3)이 타일 바디(1) 표면의 대부분을 덮어버리게 되고 그로 인해, 종래의 세라믹 타일(200)의 대기의 습기를 흡,방습할 수 있는 표면적이 줄어들어 조습 기능이 떨어질 수 있다.
또한 제 1 유약층은 부착력이 강하며 미세기공이 형성된 프리트 분말층이 형성되었다고 볼 수 있으며, 그 두께가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 두께가 10 내지 50㎛ 인 것일 수 있다.
상기 제 1 유약층의 두께가 10㎛ 미만인 경우, 2차 유약이 1차 유약 위에 형성되지 못하고 세라믹 성형체 표면에 코팅되어 세라믹 성형체의 표면을 덮어버리게 되어 기능성을 저하시키기 되며, 50㎛를 초과하는 경우, 1차 유약층의 부착력이 약화되어 유약층이 쉽게 벗겨지게 되는 단점이 있다.
한편, 제 2 유약층이 사용되는 프리트 분말은 화도가 750 내지 800℃이고, 평균입도가 1 내지 20㎛ 인 프리트 분말을 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 제 2 유약층에 평균입도가 1 내지 20㎛인 저화도 프리트 분말을 사용하는 경우, 2차 유약이 녹아서 습윤(wetting) 되더라도 평균입도가 크 지 않아서 세라믹 성형체의 표면을 직접적으로 덮지 않기 때문에 공기 흐름의 통로를 유지시켜 준다는 장점이 있다.
상기 유약층을 형성하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 이 분야에서 공지된 방법들이 적절하게 사용될 수 있으나, 구체적인 예를 들면, 우선, 소지 위에 평균입도 약 5㎛의 고화도 프리트 분말이 포함된 슬러리 액을 약 30㎛의 두께로 얇게 도포하여 제 1 유약층을 형성하고, 이어서, 평균입도 약 15㎛의 고화도 프리트 분말과 안료가 분산된 슬러리 액을 스프레이 도포를 함으로써 소성후에 유약 입자의 평균입도가 약 30㎛ 정도의 유리질 섬(island) 형태가 되는 제 2 유약층을 형성할 수 있다.
이에 따라 상기 유리질 섬 형태의 프리트 분말은 이 후에 열처리를 하더라도 녹거나(melting), 습윤(wetting) 되더라도 세라믹 성형체의 표면이 아닌 1차 유약입자 위에서 녹거나 습윤 되기 때문에 미세한 유약돌기 형태로 존재하게 되어 유약 코팅막 내부에는 습기 또는 가스가 통과할 수 있는 미세기공이 다량 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체는 상술한 바와 같이, 세라믹 타일을 형성할 수도 있지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 기능성 석고보드, 기능성 암면섬유판(보드) 등과 같은 조습 기능이 요구되는 다양한 제품에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 조습성 세라믹 성형체에 대하여 설명하도 록 한다. 다만, 이와 같은 실시예는 본 발명의 일 부분에 불과하며, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
점토 55 중량부와, 수산화 알루미늄 20 중량부와, 프리트 분말 15 중량부와, 규조토 4 중량부와, 도석 3 중량부와, 장석 2 중량부와 산화바륨 1 중량부의 혼합물을 볼밀을 이용하여 분쇄하고, 이에 따라 얻어진 슬러리를 분무건조 공정을 통해 균일하게 혼합되고 함수율이 8%, 평균입도 300㎛인 구형의 과립분말을 제조하였다.
이어서, 상기 과립분말을 건식 프레스 성형하여 가로, 세로, 두께가 각각 30cm, 30cm, 6mm인 세라믹 타일을 제조하였다.
다음으로, 상기 세라믹 타일을 250℃의 연속 건조로에서 건조한 후, 평균입도가 5um이고 화도가 850℃인 프리트를 함유하는 슬러리액을 상기 세라믹 타일에 50um이 두께로 얇게 시유하고, 이어서, 평균입도가 15um이고 화도가 750℃인 프리트 분말과 안료를 물에 분산하여 스프레이 도포하여 시유함으로써 세라믹 타일의 표면에 평균입도 30um 정도의 유리질 섬(island)이 돌기 형태로 분산되어 있는 유약층을 형성하였다.
마지막으로, 상기 세라믹 타일을 가스 연속로(RHK)에 투입하여 800℃의 온도로 5분 동안 열처리로 소성하여 기능성 타일을 제조하였다.
[실시예 2]
열처리 온도를 900℃로 하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 기능성 타일을 제조하였다.
[실시예 3 내지 9 및 비교예 1, 2]
하기 표 1에 나타난 것과 같은 조성으로 이루어진 혼합물을 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 조건으로 기능성 타일을 제조하였다.
[비교예 3]
일본 INAX사의 에코카라트를 비교예 3에 따른 기능성 타일로 준비하였다.
점토, 백토 및 황토로
조성 (중량부) 소성온도
A B C D E F G H I
실시예 1 55 20 15 1 4 0 3 2 0 800℃
실시예 2 55 20 15 1 4 0 3 2 0 900℃
실시예 3 65 10 15 1 4 0 3 2 0 900℃
실시예 4 45 30 15 1 4 0 3 2 0 900℃
실시예 5 60 20 10 1 4 0 3 2 0 900℃
실시예 6 50 20 20 1 4 0 3 2 0 900℃
실시예 7 49 20 15 0 0 7 3 3 3 900℃
실시예 8 39 30 15 0 0 7 3 3 3 900℃
실시예 9 29 40 15 0 0 7 3 3 3 900℃
비교예 1 65 0 20 5 5 0 3 2 0 900℃
비교예 2 69 0 15 0 0 7 3 3 3 900℃
A: 점토 B: 수산화알루미늄
C: 프리트 분말 D: 산화바륨
E: 규조토 F: 규석
G: 도석 H: 장석
I: 백토
[시험예]
1. 흡방습량 테스트
실시예 1 내지 10 및 비교예 1,2를 통하여 제조된 기능성 타일을 10cm*10cm로 절단하고, 시편의 옆면과 뒷면에 발수코팅을 하여 수분이 전면으로만 흡방습 될 수 있도록 하고, 각각 상온 25℃, 상대습도(Relative Humidity,RH) 50%의 항온 항습기에서 12시간 동안 유지한 후, 다시 상온 25℃, 상대습도 90%의 항온항흡기에 12시간 동안 투입하였다.
이와 같은 과정을 3번 반복한 후에, 각각의 과정에 따른 무게를 측정하고 흡습시의 무게차와 방습시의 무게차를 면적(m2)당 흡방습량(g)으로 환산하여 흡방습량을 산출하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 비교예 3의 시편도 동일한 방법으로 흡방습 테스트를 실시하였다.
2. 포름알데히드 가스흡착 테스트
실시예 1 내지 10 및 비교예 1, 2를 통하여 제조된 기능성 타일을 10cm*10cm로 절단하고, 포름알데히드의 농도가 200ppm인 가스백(bag)에 상기 타일 시편을 투입하여 유지한 후, 5분 후에 상기 가스백 안의 가스를 소량 채취하여 농도를 측정함으로써 포름알데히드의 초기 5분 제거 속도를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
3. 강도테스트
3점 곡강도 테스트를 통하여 실시예 1 내지 10, 및 비교예 1,2를 통하여 제조된 기능성 타일을 10cm*10cm로 절단한 시편의 강도를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
흡방습량(g/m2) 포름알데히드 초기 5분 제거속도
(FA ug/min)		 강도(MPa)
실시예 1 380 18 4.5
실시예 2 320 12 7.3
실시예 3 250 8 8.3
실시예 4 377 17 2.5
실시예 5 366 15 2.8
실시예 6 290 9 7.4
실시예 7 305 6 9.2
실시예 8 362 11 7.3
실시예 9 413 20 2.7
비교예 1 78 2 13
비교예 2 45 0.3 16.2
비교예 3 253 16 5.4
상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 9의 경우, 흡방습량, 포름알데히드(HCHO) 초기 5분 제거속도, 및 강도 모두를 높일 수 있고, 이를 통해, 본 발명에 따른 조습성 세라믹 성형체를 이용하여 제조한 세라믹 타일은, 비교예 1 내지 2에 비하여 우수한 조습능을 발휘할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 실시예 2의 조습성 세라믹 성형체와 비교예 3의 세라믹 성형체 바디(bady)를 EDS 분석 방법을 통하여 성분분석을 실시하여 도 5에 도시하였다. 도 5에서 보는 바와 같이, 비교예 3의 세라믹 성형체 바디(bady)의 경우 알루미늄(Al) 성분보다 세라믹 성분인 규소(Si) 성분이 높게 나타나는 반면 실시예 2의 조습성 세라믹 성형체의 경우 세라믹 성분인 규소(Si) 성분보다 알루미늄(Al) 성분이 더 많이 함유되어 있는 것을 볼 수 있으며, 이는 과다(excess)하게 첨가된 γ-알루미나로부터 기인된 것임을 알 수 있다. 이렇게 세라믹 성분인 규소(Si) 성분보다 알루미늄(Al) 성분이 더 많이 함유되었을 때가 조습 및 방습 기능이 우수함은 상기 표 2에서 살펴본 바와 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조습성 세라믹 성형체를 이용한 세라믹 타일의 표면사진이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 종래 세라믹 타일의 표면사진이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 종래 세라믹 타일의 표면사진이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 종래의 세라믹 타일 200 : 본 발명의 세라믹 타일
1 : 타일 바디 3 : 제 2유약층
10 : 타일 바디 20 : 제 1유약층
30 : 제 2유약층

Claims (18)

  1. 모물질; 및 γ-알루미나를 포함하는 조습성 세라믹 성형체.
  2. 제 1항에 있어서,
    모물질은 점토, 백토 및 황토로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체.
  3. 제 1항에 있어서,
    모물질 40중량부 내지 70중량부 및 γ-알루미나 5 중량부 내지 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조습성 세라믹 성형체는 실리콘과 알루미늄을 포함하되, 실리콘의 함량보다 알루미늄의 함량이 더 많은 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체.
  5. 모물질; 및 γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 알루미늄 소스를 포함하는 세라믹 성형체를 제조하는 제 1단계; 및
    상기 제 1단계에서 얻어진 세라믹 성형체를 열처리하여 상기 알루미늄 소스를 γ-알루미나로 상 변이시키는 제 2단계를 포함하는 제 1항 내지 제 3항 중 선택된 어느 한 항에 따른 조습성 세라믹 성형체의 제조방법
  6. 제 5항에 있어서,
    제 1단계에서, γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 알루미늄 소스는 수산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄산알루미늄, 염화알루미늄 및 염화알루미늄 이수화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    제 1단계에서, 세라믹 성형체는 γ-알루미나로 상 변이될 수 있는 알루미늄 소스 5중량부 내지 40중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체의 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    제 1단계는, 세라믹 성형체의 제조 시에 입성장 억제제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체의 제조방법
  9. 제 8항에 있어서,
    입성장 억제제는 희토류 산화물, 알칼리 금속산화물 및 알칼리 토금속산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    입성장 억제제는 세라믹 성형체 100중량부에 대하여, 0.1 내지 5중량부의 양으로 함유되는 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체의 제조방법.
  11. 제 5항에 있어서,
    제 1단계는 모물질; 및 γ-알루미나로 상 변이 될 수 있는 알루미늄 소스를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계 (1); 및 상기 단계 (1)에서 제조된 혼합물을 이용하여 세라믹 성형체를 성형하는 단계 (2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체의 제조방법.
  12. 제 5항에 있어서,
    제 2단계에서, 열처리는 800 내지 1000℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 조습성 세라믹 성형체의 제조방법.
  13. 제 1항 내지 제 4항 중 선택된 어느 한 항의 조습성 세라믹 성형체를 이용하여 제조한 세라믹 타일.
  14. 제 13항에 있어서,
    조습성 세라믹 성형체는 프리트 분말, 유리 분말, 규조토, 규석, 장석, 도석, 석회, 황토 및 유백제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 타일.
  15. 제 13항에 있어서,
    조습성 세라믹 성형체의 표면에 형성된 유약층을 포함하되,
    상기 유약층이 미세기공이 형성되어 있는 제 1유약층; 및 상기 제 1유약층 상에 형성되고, 섬 형태의 유약 돌기가 분산되어 있는 제 2유약층을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 타일.
  16. 제 15항에 있어서,
    제 1유약층은 화도가 800 내지 850℃ 이고 평균 입도가 1 내지 10um인 프리트 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 타일.
  17. 제 15항에 있어서,
    제 1유약층은 두께가 10 내지 50um인 것을 특징으로 하는 세라믹 타일.
  18. 제 15항에 있어서,
    제 2유약층은 화도가 750 내지 800℃이고, 평균입도가 1내지 20um인 프리트 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 타일.
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