KR20070008042A

KR20070008042A - 숯을 포함하는 성형체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20070008042A
Application number: KR1020050062953A
Authority: KR
Inventors: 박상범; 박종영; 김두명
Original assignee: 대한민국(관리부서 : 산림청 국립산림과학원장); 김두명
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: KR100822073B1

Abstract

본 발명은 숯을 포함하는 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어져 인체에 유해하거나 불쾌한 냄새를 탈취하며 원적외선을 방출하여 환경친화적이고 건강기능을 가진 건축자재 및 생활기구로 적용할 수 있는 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체의 제조방법은

(1)무기물 분말과 무기접착제를 혼합한 후 숯 분말을 혼합하는 단계

(2)무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물을 숙성시키는 단계,

(3)숙성된 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물을 압축 성형하는 단계,

(4)압축 성형한 후 성형물을 건조시키는 단계,

(5)건조한 후 성형물을 가열하고 냉각시키는 단계를 포함한다.

Description

숯을 포함하는 성형체 및 이의 제조방법{Forming material including charcoal and manufacturing method thereof}

도 1은 실시예 2에서 제조한 숯-질석 패널을 나타낸 사진이다.

도 2는 실시예 4에서 제조한 숯-질석 구이판을 나타낸 사진이다.

도 3은 실시예 2에서 제조한 숯-질석 패널의 포름알데히드 흡착실험을 나타낸 사진이다.

최근 신축된 새집에 입주하는 입주자들이 집 지을 때 사용되었던 여러 가지 화학제품들에 의해 두통, 알레르기가 발생하는 새집증후군에 대한 사회적 관심이 급증되고 있다.

또한 환경부의 "다중이용시설 등의 실내공기질관리법"이 2004.05.30부터 시행됨에 따라 목욕탕, PC방, 오락실, 도서관, 휴게실과 같이 일정규모 이상을 지니며 일반대중이 이용하는 다중이용시설의 실내공기 관리가 한층 강화되고 있다.

특히 신축하는 아파트, 연립주택, 빌라, 다세대주택과 같은 공동주택에서는 포름알데히드(formaldehyde)를 포함하는 6종의 휘발성유기화합물(VOC)에 대한 방출량을 측정하여 입주민에게 공고해야 한다.

새집증후군, 웰빙(well-being) 수요 증가, 관련법 제정 등으로 인해 공동주택 내부의 실내 공기의 질을 향상시키고, 인체에 유해한 물질을 제거할 수 있는 천연 코팅제, 항균제 및 광촉매제 등의 건축자재가 큰 인기를 끌고 있으며, 최근 일본에서 대나무숯 패널이 수입되어 아파트 시공시 마루바닥재, 벽재 또는/및 천정재로 시공되고 있다.

실내 공기의 질을 향상시키고, 인체에 유해한 물질을 제거라는 목적을 위해 건축마감재에 사용되는 대표적인 물질로는 숯, 솔잎, 은, 옥, 황토, 맥반석, 일라이트, 산화티탄, 질석, 퍼라이트, 토르마린, 도로마이트, 모노자이트, 식물정유성분 등의 식물성 원료 또는 광물성 원료가 다양하게 이용되고 있다.

특히 이 중에서 대나무숯은 원적외선기능, 음이온기능, 공기정화기능, 전자파차단기능, 습도조절기능, 항균기능, 유해물질흡착기능 등과 같은 고유한 기능들이 널리 알려져 벽지, 종이, 부직포, 페인트, 모르타르, 코팅제, 바닥재, 벽재와 같이 건축자재에 응용되고 있다. 그리고 발포질석은 매우 가볍고 불에 타지 않으며 습기로 인한 곰팡이나 기타의 세균오염에 저항력이 강하며 내구성이 반영구적이어서 경량패널, 흡음판, 토양개량재, 갯지렁이, 미꾸라지, 꽃게운반용, 내화단열용 건축패널 등 다양한 제품에 널리 응용되고 있다.

그러나 대부분의 건축자재 및 생활용기로 이용되는 제품은 숯의 혼합량이 극히 적고, 숯과 질석의 개별 기능만을 이용하고 있어 다양한 기능성을 요구하는 소비자의 기대에 부합되지 못하고 있는 실정이다.

최근의 건축자재나 생활용기에 사용되는 재료를 살펴보면 숯에 황토나 옥 등 다른 기능성 물질을 혼합하는 하이브리드 제품(hybrid product)도 출시되고 있으나, 경량, 난연, 불연자재인 질석을 혼합하여 인체에 유해한 물질을 제거, 곰팡이 및 세균오염에 대한 강한 저항력, 내구성이 우수한 특성을 살린 성형체 조성물 또는 성형체와 이러한 성형체는 개발이 부족한 실정이다.

본 발명과 관련된 종래 기술로서 한국공개특허공보 제2000-0054643호에 숯 분말이나 옥 분말을 미립자 형상으로 분쇄하는 숯 분말 및 옥 분말 제조공정과, 수용성 접착제에 상기 숯 분말이나 옥 분말을 단독 또는 복합하여 적정비율의 중량비를 갖도록 혼합해서 되는 원적외선방사접착제 혼합제조 공정과, 다수개의 얇은 목판재 사이에 수용성 접착제를 도포, 접착하고, 최상단 목판재 상단면에 상기 숯 분말 및 옥분말이 함유되는 원적외선방사접착제를 수회에 걸쳐 도포하여 원적외선 방사층을 형성한 후 무늬목판재를 접착하여서 되는 건축용 조립식 마루판재 및 그 제조방법이 있다.

그리고 한국공개특허공보 제2005-0008255호의 다공질 탄소재료 기능성 숯 보 드 및 숯 보드 복합재료 제조에서는 숯 보드를 제조할 경우 휘발성유기화합물 문제가 전혀 없는 비포름알데히드계 접착제를 사용하고 사용시 포밍과 건식열압공정(열압온도 170℃, 열압시간 6분)이 잘되며 제조된 다공질 탄소재료인 숯 보드의 흡착기능이 숯의 특성을 그대로 유지 간직하도록 하되 건축자재로서 시공될 수 있도록 충분한 강도와 2차 가공을 위한 표면성을 갖는 숯 파티클 크기에 따른 공정을 개발하여 제조된 기능성 숯 보드가 있고, 이때 제조된 숯 보드의 표면색이 흑색이므로 아주 얇은 활엽수 환공재 단판을 오버레이(overlay)하거나 유공합판보드를 표면재로 복합화하여 건축내장재로서 활용될 수 있도록 표면미장효과를 갖도록 하면서도 숯의 성질을 그대로 유지하도록 개발한 기능성 숯 보드 복합재료 제조에 관한 것이다.

상기의 숯을 이용한 복합재료의 제조에는 대부분 숯 분말과 열경화성 접착제를 사용하여 상온 압축성형이 아닌 가열 압축성형방식(열압온도 170℃, 열압시간 6분)을 채택하고 있어 여러 대의 프레스가 필요하여 비경제적이며, 또한 숯 패널 성형제품을 연속적으로 대량생산하는 작업공정을 고려하면 여러 가지 어려운 점이 많다.

또한 한국실용신안등록 제20-0336361호, 제20-0344474호에 불연 건축용 패널에 있어서, 발포 진주암 또는 발포 질석 입자를 원료로 하여 열과 불에 강한 경량 패널 및 실내 칸막이판에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광석의 일종인 진주암과 질석을 분쇄하고, 분쇄된 입자를 발포시켜 경량화하고, 상기 경량화한 입자들을 무기 또는 유기 접착제와 혼합하고 이 혼합된 원료를 서랍형의 패널 구조물의 내부에 충진하여, 개구부 면재를 덮고, 접합, 패쇄하고, 필요한 용도의 크기로 절단하여 형성한 건축용 불연 패널에 대한 내용이 있다.

한편, 육류, 생선을 불에 가열하여 구울 때 현재 사용되어 지고 있는 구이판의 경우, 재질은 주로 스텐레스나 주물 등의 금속이 대부분이며 맥반석이나 천연석도 있으나 돌 종류는 고열로 가열될 경우 파열될 우려가 있고 금속재료의 경우에는 열전도율이 높은 관계로 가열 불꽃 조절에 따라 구이물 내부가 익기도 전에 표면이 먼저 타기도 하며 구이판 표면에 타서 들어붙는 문제가 있다. 숯구이판도 개발코자 시도된 바 그 방법이 고온(800∼1,300℃)에서 30시간 이상의 가열을 필요로 하며 숯의 함량을 5％ 이상 함유시 성형물의 강도저하로 인한 파열 및 탄화가 되는 것을 보장하기 어려워 흑연과 같은 광물을 95％ 이상으로 혼합하여 도자기를 굽는 방식의 성형방법을 채택하며 또한 1차 성형시에도 고압(1,000ton 이상)의 프레스를 필요로 하고 있어 고비용 저효율의 생산기법을 가지고 있으므로 대량생산 및 저비용 고효율, 고순도의 숯제품 성형물을 제조하는데 그 한계가 있다.

그러나 상기 선행기술들은 숯과 발포광물질(질석, 진주암)을 각각 별도로 응용하고 있으며 원적외선 방출량과 유해물질 흡착력이 매우 높은 숯과, 경량이며 불연소재인 질석과 같은 무기물을 발명의 필수 구성성분으로 하는 본 발명의 건축자재 또는/및 구이판의 성형체와 이의 제조방법은 발명의 기술적 구성이 서로 상이하다.

본 발명은 상기에서 언급한 문제를 해결하기 안출된 것으로서 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어져 인체에 유해하거나 불쾌한 냄새를 탈취하며 원적외선을 방출하여 환경친화적이고 건강기능을 가진 건축자재 및 생활기구로 적용할 수 있는 성형체 및 이의 제조방법 제공을 목적으로 한다.

상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인체에 유해하거나 불쾌한 냄새를 탈취하며 원적외선을 방출하여 환경친화적이고 건강기능을 가진 건축자재 및 생활기구로 적용할 수 있는 것으로서 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체를 포함한다.

본 발명의 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체의 구성성분의 하나인 숯은 인체에 유해하거나 불쾌한 냄새를 흡수하는 역할을 하여 결과적으로 이러한 숯을 포함하는 성형체 또한 하나의 숯과 같이 인체에 유해하거나 불쾌한 냄새를 흡수할 수 있도록 한다.

본 발명에서 숯은 상기에서 언급한 역할을 할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 숯의 일예로서 대나무숯, 참나무숯, 소나무숯, 기타 나무를 재료로 하여 만든 숯 중에서 선택된 어느 하나 이상의 숯을 분말화한 숯 분말을 40∼70중량％ 사용할 수 있다.

본 발명의 성형체에서 숯 분말을 40중량％ 미만 사용하면 인체에 유해하거나 불쾌한 냄새를 흡수하기 어려운 문제가 있고, 숯 분말을 70중량％ 초과하여 사용하면 성형체의 강도가 감소할 우려가 있어 큰 패널을 제조하기 곤란하다. 따라서 본 발명의 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체에서 숯 분말은 40∼70중량％ 첨가되는 것이 가장 좋다. 한편 타일과 같은 비교적 작은 성형체는 후술하는 무기물 분말이나 무기접착제를 사용하지 않고 숯 분말 100중량％의 단독으로도 제조가 가능하다.

본 발명의 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체의 구성성분의 하나인 무기물은 원적외선을 방출하여 환경친화적이고 건강기능을 향상시킬 수 있으며 경량이고, 불연성 및 난연성의 특성을 지니는 것으로서 결과적으로 이러한 무기물을 포함하는 본 발명의 성형체 또한 하나의 원적외선을 방사체와 같이 원적외선을 방출하여 환경친화적이고 인체의 건강기능을 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.

본 발명에서 무기물은 상기에서 언급한 역할을 할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 무기물의 일예로서 질석, 규조토, 퍼라이트, 운모, 황토 중에서 선택된 어느 하나 이상의 무기물을 분말화한 무기물 분말 20∼30중량％ 사용할 수 있다.

본 발명의 성형체에서 무기물 분말을 20중량％ 미만 사용하면 원적외선 방출 효과가 미미하고, 무기물 분말을 30중량％ 초과하여 사용하면 원적외선 방출에 뚜렷한 효과의 상승이 없고, 무기물 분말의 함량에 증가함에 따라 숯 분말의 함량이 감소되어 성형체의 특성이 감소할 우려가 있다. 따라서 본 발명의 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체에서 무기물 분말은 20∼30중량％ 첨가되는 것이 좋다.

본 발명의 성형체의 구성성분의 하나인 무기접착제는 무기물 분말과 숯 분말이 고루 혼합되도록 하는 일종의 접착제 역할을 한다. 본 발명에서 무기접착제는 이러한 역할을 하며, 인체에 유해한 성분이 함유되지 않은 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 무기접착제의 일예로서 규산소다, 칼슘실리케이트, 제올라이트, 점토, 석회 중에서 선택된 어느 하나 이상을 10∼30중량％ 사용할 수 있다.

본 발명의 성형체에서 무기접착제를 10중량％ 미만 사용하면 무기물 분말과 숯 분말의 혼합이 잘 이루어지지 않으며, 무기접착제를 30중량％ 초과하여 사용하면 성형체의 강도가 감소가 우려가 있다. 따라서 본 발명의 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체에서 무기접착제는 10∼30중량％ 첨가되는 것이 좋다.

또한 본 발명의 성형체에서 주요 구성성분인 숯 분말과 무기물 분말은 입자크기를 서로 상이하게 하여 성형체 제조시 입자크기의 배합을 적절하게 하여 입자간에 서로 강한 결합력을 갖도록 하여 성형체의 강도를 향상시킬 수 있다. 이때 무기물 분말의 입자크기를 숯 분말의 입자크기 보다 크게 한 것을 사용하여 비교적 큰 모공을 형성하고 있는 무기물 입자의 모공속으로 미세한 숯의 분말이 채워지도록 하여 상대적으로 결합력이 약한 숯의 성형성을 개선할 수 있도록 함으로써 숯을 함유한 성형체의 구조가 불완전하는 것을 막아 준다. 본 발명에서 이와 같은 이유 로 숯 분말은 입자크기가 300∼500메쉬(mesh)인 것을 사용하고, 무기물 분말은 입자크기가 100∼200메쉬인 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체는 바닥패널, 벽패널, 천장패널, 방음패널 중에서 선택된 어느 하나인 건축자재로 사용할 수 있으며, 또한 생활기구로서 생선, 육류를 구울 때 사용하는 구이판으로 사용할 수 있다.

상기에서 건축자재로 사용할 수 있는 본 발명의 성형체는 그대로 이용하거나 또는 성형체에 표면처리를 실시하여 사용할 수 있다. 이때 성형체를 표면처리시 사용하는 재료는 무늬목, 벽지, 천연페인트, 숯페인트 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 특히 습기가 우려되는 곳에서는 얇게 자른 돌판을 성형체의 표면에 부착할 수도 있다. 이런 경우, 성형체 표면에서의 숯의 기능은 감소하겠지만 뒷면에 부착되는 시멘트벽 등에서 방출이 염려되는 유해물질을 없애는 데는 별 문제가 없다.

상기에서 구이판으로 사용할 수 있는 본 발명의 성형체는 물과 기름이 접촉하면 내구성이 감소하므로 구이판 표면을 120∼380℃에서 세라믹코팅 또는 테프론코팅을 실시하여 사용할 수 있다. 또한 구이판은 표면이 물리적 충격이나 마찰에 의해 파손, 마모되는 것을 방지하기 위해 원형, 타원형, 사각형 등의 형상으로 성형한 성형체와 동일한 외형으로 금속재료를 이용하여 금속 구이판을 제조하고, 이 금속 구이판을 본 발명의 성형체 구이판과 결합하여 사용할 수 있다.

한편 본 발명은 숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체의 제조방법을 포함한다.

(4)압축 성형한 후 성형물을 건조시키는 단계,

이하 본 발명의 성형체 제조방법을 각각의 단계에 의하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

1. 혼합단계

100∼200메쉬로 분말화한 무기물 분말 20∼30중량％과 무기접착제 10∼30중량％를 1차로 혼합한다. 그런 다음 무기물 분말과 무기접착제가 혼합된 혼합물에 300∼500메쉬로 분말화한 숯 분말 40∼70중량％을 첨가하여 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말을 혼합한다. 이때 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합시 이들을 혼합하라 수 있는 기기라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

상기에서 무기물 분말은 원적외선을 방출하여 환경친화적이고 건강기능을 향 상시킬 수 있으며 경량이고, 불연성 및 난연성의 특성을 지니는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 무기물 분말은 질석, 규조토, 퍼라이트, 운모, 황토 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기에서 무기접착제는 무기물 분말과 숯 분말이 고루 혼합되도록 하는 일종의 접착제 역할을 하며, 인체에 유해한 성분이 함유되지 않은 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 무기접착제의 일예로서 무기접착제는 규산소다, 칼슘실리케이트, 제올라이트, 점토, 석회 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기에서 숯 분말은 인체에 유해하거나 불쾌한 냄새를 흡수할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 숯 분말의 일예로서 대나무숯, 참나무숯, 소나무숯, 기타 나무를 재료로 하여 만든 숯 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

2. 숙성단계

상기 제1단계에서 얻은 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물은 무기접착제가 무기물 분말과 숯의 미세기공 속으로 충분히 침투하여 접착력을 올릴 수 있도록 숙성을 실시하는 것이 좋다.

이때 혼합물의 숙성조건은 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물을 공기와의 접촉을 방지하면서 10∼24시간 동안 상온에서 실시할 수 있다.

3. 압축성형 단계

상기의 혼합단계(제1단계) 및 숙성단계(제2단계)를 거친 무기물 분말, 무기 접착제 및 숯 분말의 혼합물은 압축성형을 실시하여 성형물을 얻을 수 있다.

이때 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물을 형성하고자 하는 형상의 금형에 투입하고 프레스를 이용하여 상온에서 100∼300kg/cm²으로 압축한 후 압축 성형시간은 혼합물을 프레스로 압축한 후 2∼5분 동안 유지하고 탈형하여 성형물을 얻을 수 있다.

4. 건조단계

상기 3단계의 압축성형 후 금형에서 탈착된 성형물은 건조를 실시하여 압축성형 후 가열단계에서 생성될 수 있는 크랙 발생을 억제하고, 성형물 내부의 입자와 입자사이 및 입자의 기공속으로 분산된 무기접착제가 균등하게 자리하도록 할 수 있다.

이때 건조는 성형물을 5∼40℃에서 10∼24시간 동안 실시할 수 있다.

5. 가열 및 냉각단계

상기 4단계의 건조 후 성형물을 가열 및 냉각하여 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말로 이루어진 성형체를 얻을 수 있다.

이때 성형물의 가열은 상기 4단계에서 건조한 성형물을 80∼250℃에서 5∼10시간 실시하여 잔여 수분을 증발시켜 제거함으로써 무기접착제가 입자표면에 정착되도록 하여 치밀한 조직의 성형물이 되도록 한다. 가열이 끝난 성형물은 5∼40℃에서 냉각하여 최종적으로 숯을 포함하는 성형체를 제조할 수 있다.

상기 1단계 내지 5단계로부터 얻은 숯을 포함하는 성형체는 바닥패널, 벽패 널, 천장패널, 방음패널 중에서 선택된 어느 하나인 건축자재로 사용할 수 있으며, 또한 생활기구로서 생선, 육류를 구울 때 사용하는 구이판으로 사용할 수 있다.

상기에서 건축자재로 사용할 수 있는 본 발명의 성형체는 그대로 이용하거나 또는 성형체에 표면처리를 실시하여 사용할 수 있다. 이때 성형체를 표면처리시 사용하는 재료는 무늬목, 벽지, 천연페인트, 숯페인트 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 습기가 우려되는 곳에서는 돌판이나 다른 소재로 처리해도 좋다.

상기에서 구이판으로 사용할 수 있는 본 발명의 성형체는 물과 기름이 접촉하면 내구성이 감소하므로 구이판 표면을 120∼380℃에서 세라믹, 테프론, 플래티늄 또는 DLC(Diamond-Like Carbon)의 재료로 코팅을 실시하여 사용할 수 있다. 또한 구이판의 표면이 물리적 충격이나 마찰에 의해 파손, 마모되는 것을 방지하기 위해 원형, 타원형, 사각형 등의 형상으로 성형한 성형체와 동일한 외형으로 금속재료를 이용하여 금속 구이판을 제조하고, 이 금속 구이판을 본 발명의 성형체 구이판과 결합하여 사용할 수 있다.

한편 본 발명에서 다양한 성분, 함량 및 조건으로 숯을 포함하는 성형체를 제조한바, 본 발명의 목적에 부합하는 성형체를 얻기 위해서는 전술한 성분, 함량, 조건으로 성형체를 제조하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위 가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 숯-질석 패널의 제조

1,200℃에서 발포한 질석분말(100메쉬) 1.2kg 및 규산소다 1kg를 롤러형 믹서에서 45분 동안 1차 혼합한 다음 대나무숯(325메쉬) 0.8kg를 투여하여 45분 동안 2차 혼합하였다. 2차 혼합한 후 입도를 균일화하기 위해 체(40메쉬)로 친 다음 공기를 차단한 상태에서 24시간 숙성하여 질석, 규산소다 및 대나무숯으로 이루어진 조성물을 얻었다.

상기의 조성물을 가로 22cm ×세로 22cm ×두께 8.5mm 크기의 성형틀에 붓고 상온(20℃)에서 유압프레스로 냉압(120∼150kg/cm²)을 실시하고 3분 동안 압력을 가한 다음 성형틀로부터 탈형하여 성형물을 얻었다.

냉압에 의해 얻은 성형물의 급격한 가열건조는 성형물 표면에 크랙을 발생시키므로, 24시간 동안 상온에서 자연 건조시킨 다음 소성로(약 200℃)에서 2시간 정도 소성시켜 수분을 제거하고 상온에서 자연 냉각시켜 숯-질석 패널을 제조하였다.

<실시예 2> 숯-질석 패널의 제조

질석분말(100메쉬) 1kg, 대나무숯(325메쉬) 1kg 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 숯-질석 패널을 제조하고 이의 사진을 도 1에 나타내었다.

<실시예 3> 숯-질석 패널의 제조

질석분말(100메쉬) 0.8kg, 대나무숯(325메쉬) 1.2kg 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 숯-질석 패널을 제조하였다.

<실시예 4> 숯-질석 구이판의 제조

1,200℃에서 발포한 질석분말(100메쉬) 1kg 및 규산소다 1kg를 롤러형 믹서에서 40분 동안 1차 혼합한 다음 대나무숯(325메쉬) 1kg를 투여하여 40분 동안 2차 혼합하였다. 2차 혼합한 후 입도를 균일화하기 위해 체(40메쉬)로 친 다음 공기를 차단한 상태에서 24시간 숙성하여 질석, 규산소다 및 대나무숯으로 이루어진 조성물을 얻었다.

상기에서 얻은 조성물을 지름, 두께가 32cm ×2cm 크기의 원형 성형틀에 붓고 상온(20℃)에서 유압프레스로 냉압(180∼230kg/cm²)을 실시하고 2분 동안 압력을 가한 다음 성형틀로부터 탈형하여 원형의 성형물을 얻었다.

냉압에 의해 얻은 성형물의 급격한 가열건조는 성형물 표면에 크랙을 발생시키므로, 상기에서 냉압하여 얻은 원형의 성형물을 숯 판재 위에 올려놓고 24시간 동안 상온에서 자연 건조시킨 다음 소성로(220℃)에서 2시간 동안 소성시켜 수분을 제거하고 상온에서 자연 냉각시켜 원형의 숯-질석 성형체를 제조하였다.

원형의 숯-질석 성형체의 표면에 조리물이 들러붙지 않도록 숯-질석 성형체 의 표면을 테프론으로 코팅(150℃)하여 표면을 개선시킨 후 외부의 물리적인 힘에 의해 파손, 긁힘 등을 방지하기 위해 원형의 숯-질석 성형체의 외형과 동일한 금속으로 이루어진 커버를 원형의 숯-질석 성형체에 조립하여 도 2와 같은 숯-질석 구이판을 제조하였다.

<시험예 1> 숯-질석 패널의 성질 측정

실시예 1 내지 실시예 3에서 제조한 숯-질석 패널의 밀도, 함수율, 박리강도와 같은 물리적·기계적 성질을 측정하고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.

밀도시험은 시험편의 나비, 길이 및 두께를 측정하고 이로부터 부피(V)를 구한다음 무게(W)를 측정하고 [밀도(g/cm³) = W / V] 공식에 따라 산출하였다.

함수율은 시험편의 무게(W₁)를 측정한 후, 103℃±2℃의 공기 건조기에 넣어 항량에 도달하였을 때의 무게(W₀)를 측정하고, [함수율(％) = (W₁ - W₀) / W₀ ㅧ 100] 공식에 따라 산출하였다.

박리강도 시험은 알루미늄 블록(5cm ×5cm)에 나비(b)와 길이(L)인 시험편을 접착하고, 시험편의 표면에 수직으로 인장 하중을 가하여 박리 파괴시의 최대 하중(P')를 측정하여 [박리강도(kgf/cm²) = P'/(b ×L)] 공식에 따라 산출하였다. 이 경우 인장 하중 속도는 2mm/min로 하였다.

표 1. 숯-질석 패널의 물리적·기계적 성질

항목 (숯-질석 배합비)	밀도(g/cm³)	함수율(％)	박리강도(kgf/cm²)
실시예 1 (질석 6 : 숯 4)	1.55	2.2	6.3
실시예 2 (질석 5 : 숯 5)	1.22	3.4	4.0
실시예 3 (질석 4 : 숯 6)	1.46	1.7	11.8

표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예 1내지 실시예 3에서 제조한 숯-질석 패널의 밀도는 1.2∼1.5g/cm³의 범위로 일반 목질제품에 비해 높고 금속재료에 비해 낮은 편이었으며, 이는 질석의 첨가량과 압력을 조절함으로서 충분히 경량화 시킬 수 있는 사안이다. 한편, 함수율은 1.7∼3.4％로 매우 낮았으며, 박리강도는 4.0∼11.8kgf/cm²로 목질재료의 일종인 파티클보드의 KS 품질기준 3.1kgf/cm²을 초과하여 숯과 질석이 무기접착제에 의해 강하게 결합되어 있음을 알 수 있었다.

<시험예 2> 숯-질석 패널의 포름알데히드 흡착시험

실제 목질제품에서 방출되는 포름알데히드 흡착효과를 파악하기 위하여 KS 포름알데히드 방출량 E₂급의 MDF(중밀도섬유판)판을 톱으로 재단하여 시료(가로 5cm × 세로 15cm ×두께 1.8cm) 40개를 준비하였다.

아크릴 상자(가로 30cm ×세로 30cm ×높이 30cm)를 2개 준비하고, 한 상자에는 MDF 시료를 20개 넣고, 다른 상자에는 MDF 시료 20개와 실시예 2의 방법으로 제조한 숯-질석 패널(가로 22cm ×세로 22cm ×두께 8.5mm) 1개를 넣고 항온항습실(20℃, 60％)에서 일정 시간 유지하였다.

48시간이 경과된 이후 포름알데히드측정기(TVOC/VH Sniffer Ⅱ Indoor Air Monitor)를 이용하여 도 3에서와 같이 아크릴 상자 내의 포름알데히드 농도를 각각 측정하고 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

표 2. 숯-질석패널의 포름알데히드 흡착성

시 료	시간에 따른 포름알데히드 방출량의 변화(ppm)
시 료	48시간	72시간
MDF 단독	0.98	0.92
MDF+숯-질석패널	0.83	0.73
포름알데히드 흡착효과	15％	20％

표 2에서 보는 바와 같이 48시간 경과 후에는 숯-질석 패널과 MDF를 넣은 아크릴 상자에서 포름알데히드 농도가 0.83ppm이고, MDF만 넣은 아크릴 상자에서의 포름알데히드 농도가 0.98ppm으로 숯-질석 패널을 넣은 시험구가 숯-질석 패널을 넣지 않은 시험구에 비해 포름알데히드 농도가 15％ 감소하였다.

한편, 72시간 경과 후에는 숯-질석 패널을 넣은 시험구가 숯-질석 패널을 넣지 않은 시험구에 비해 폴름알데히드 농도가 20％ 감소하여 시간 경과와 함께 포름알데히드 농도의 감소효과는 높아지는 경향을 나타내었다.

상기의 시험예의 결과에서처럼 본 발명에 의해 제조한 성형체는 포름알데히드의 농도를 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다. 마찬가지로 포름알데히드 뿐만 아니라 담배연기 등 실내의 공기질 개선에 효과를 제공할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 성형체로 이루어진 구이판은 육류나 생선을 굽기 위해 가열 을 하더라도 파손되거나 조리물이 타서 눌어붙지 않는 특성이 있으며 또한 건자재 및 생활용기를 제조함에 있어 표면에 숯가루 등이 묻어나는 것을 방지하면서도 숯 고유의 성능을 유지하는 특성이 있다.

본 발명의 부가효과는 분말상의 숯을 원료로 함으로서 숯의 특성인 원적외선방사, 음이온발산, 냄새를 흡착하는 탈취기능 및 중금속 흡착기능이 있음은 물론 조리물의 표면이 타지 않는 상태에서 내부가 골고루 익으면서도 조리물의 냄새가 탈취되는 등 기존 금속 또는 돌구이판과는 크게 다르다는 점이며, 기존의 숯제품들이 고압성형, 고열장기건조방법을 택함으로 인하여 고비용 저효율성을 가지고 있음은 물론 요구되는 기능만큼의 숯을 함유한 제품의 대량생산에 그 어려움이 있는 것을 개선하고 숯이란 본연의 재료를 기능의 필요에 따라 용이하게 배합하여 숯고유의 기능성을 일상의 생활속에 접하게 하고 저비용 고효율 고순도의 제품을 대량생산할 수 있다.

또한 본 발명의 성형체는 경량, 단열, 흡음, 불연재인 무기물 분말과 숯 분말의 배합을 통하여 외부의 온도변화에 따라 팽창과 수축 시에 발생하는 파열을 방지할 수 있고, 강력한 결합력을 유지 가능토록 성형할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

숯 분말, 무기물 분말, 무기접착제로 이루어진 성형체.
제1항에 있어서, 숯은 대나무숯, 참나무숯, 소나무숯, 기타 나무를 재료로 만든 숯 중에서 선택된 어느 하나 이상으로서 입자크기가 300∼500메쉬인 것을 40∼70중량％ 포함됨을 특징으로 하는 성형체.
제1항에 있어서, 무기물은 질석, 규조토, 퍼라이트, 운모, 황토 중에서 선택된 어느 하나 이상으로서 입자크기가 100∼200메쉬인 것을 20∼30중량％ 포함됨을 특징으로 하는 성형체.
제1항에 있어서, 무기접착제는 규산소다, 칼슘실리케이트, 제올라이트, 점토, 석회 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 10∼30중량％ 포함됨을 특징으로 하는 성형체.
제1항에 있어서, 성형체는 바닥패널, 벽패널, 천장패널, 방음패널 중에서 선택된 어느 하나인 건축자재임을 특징으로 하는 성형체.
제1항에 있어서, 성형체는 구이판 임을 특징으로 하는 성형체.
(1)무기물 분말과 무기접착제를 혼합한 후 숯 분말을 혼합하는 단계

(2)무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물을 숙성시키는 단계,

(3)숙성된 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물을 압축 성형하는 단계,

(4)압축 성형한 후 성형물을 건조시키는 단계,

(5)건조한 후 성형물을 가열하고 냉각시키는 단계를 포함하는 숯을 주재료로 하는 성형체의 제조방법.
제7항에 있어서, 무기물은 질석, 규조토, 퍼라이트, 운모, 황토 중에서 선택된 어느 하나 이상으로서 입자크기가 100∼200메쉬(mesh)인 것을 20∼30중량％ 사용하는 숯을 주재료로 하는 성형체의 제조방법.
제7항에 있어서, 무기접착제는 규산소다, 칼슘실리케이트, 제올라이트, 점토, 석회 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 10∼30중량％ 사용하는 숯을 주재료로 하는 성형체의 제조방법.
제7항에 있어서, 숯은 대나무숯, 참나무숯, 소나무숯, 기타 나무를 재료로 하여 만든 숯 중에서 선택된 어느 하나 이상으로서 입자크기가 300∼500메쉬인 것을 40∼70중량％ 사용하는 숯을 주재료로 하는 성형체의 제조방법.
제7항에 있어서, 숙성은 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물을 공기와의 접촉을 방지하면서 10∼24시간 동안 상온에서 실시하는 숯을 주재료로 하는 성형체의 제조방법.
제7항에 있어서, 압축성형은 무기물 분말, 무기접착제 및 숯 분말의 혼합물을 상온에서 100∼300kg/cm²으로 압축하고 2∼5분 동안 유지하는 숯을 주재료로 하는 성형체의 제조방법.
제7항에 있어서, 건조는 성형물을 5∼40℃에서 10∼24시간 동안 실시하는 숯을 주재료로 하는 성형체의 제조방법.
제7항에 있어서, 가열은 건조한 성형물을 80∼250℃에서 5∼10시간 실시하고, 냉각은 5∼40℃에서 실시하는 숯을 주재료로 하는 성형체의 제조방법.