초록 ▼

화강석을 온도를 올려 (50∼500℃) 기공을 팽창시킨 후 기공을 통해 모세간 현상으로 염료, 유기안료, 세라믹 무기안료(0.1∼10.0wt％)와 자외선 차단 재(BASF, Uvinul 3039)(0.1∼5.0wt％), 마이카 분말(0.1∼5.0wt％)과 착색재 고착 재로 에폭시, 우레탄, 아크릴(PMMA), 실리콘, 폴리비닐부탄 등의 폴리마 바인더(1∼50wt％)를 온도25∼100℃에서 1∼24시간 용매(10∼80wt％)(에타놀, 메타놀,아이소프로파놀, 에틸아세테이트, 메틸에틸키톤, 아세톤, 부틸아세테이트, 메틸아이소부틸키톤, 톨

화강석을 온도를 올려 (50∼500℃) 기공을 팽창시킨 후 기공을 통해 모세간 현상으로 염료, 유기안료, 세라믹 무기안료(0.1∼10.0wt％)와 자외선 차단 재(BASF, Uvinul 3039)(0.1∼5.0wt％), 마이카 분말(0.1∼5.0wt％)과 착색재 고착 재로 에폭시, 우레탄, 아크릴(PMMA), 실리콘, 폴리비닐부탄 등의 폴리마 바인더(1∼50wt％)를 온도25∼100℃에서 1∼24시간 용매(10∼80wt％)(에타놀, 메타놀,아이소프로파놀, 에틸아세테이트, 메틸에틸키톤, 아세톤, 부틸아세테이트, 메틸아이소부틸키톤, 톨루엔, 아이소부타놀, 크실렌)와 수용성 폴리마인 폴리비닐 알코올 및 폴리비닐 크로라이드(1∼50wt％)와 물(10∼80wt％)과 혼합한 후 화강석의 기공 속으로 침투(Infiltration)시켜 염료, 유기안료 및 무기안료와 화강석 소지를 고착시켜 착색을 하였다. 착색 후 화강석의 염료, 유기안료 및 무기안료와 바인다를 경화 재(1∼10wt％)에 디핑 후 열처리 하여 화강석 기공 속으로 침투된 염료, 유기안료 및 무기안료와 바인다의 외부 누출을 방지 하였다. 본 발명에 사용한 염료는 BASF사의 Neozapon을, 유기안료로는 Azo계(노랑∼빨강색), Phthalocyanine계(파랑∼초록색) 및 축합다환계를 사용하였다. 무기안료의 종류로는 붉은색은 적색 산화 철, 백색은 산화아연, 이산화 티탄, 흑색은 흑색 산화 철 혹은 카본블랙, 초록색은 크롬그린 또는 에메랄드 그린[Cu(CH3CO2)2-3Cu(AsO2)2]2, 파란색은 Fe(NH4)Fe(CN)6XH2O 및 코발트 블루(CoOAL2O3), 보라색은 망간 Violet[NH4MnP2O7]을 사용 하였다. 본 발명에서 무기안료는 1) 금속 염인 Metal(Chloride, Acetate, Nitrate)을 이용하여 공침 법 등으로 나노 무기안료 분말을 제조 하여 Steric Stabilization 기구(Mechanism) 혹은 Ionic Stabilization 기구로 무기안료 세라믹을 분산 시킨 후 디핑 방법으로 안료를 침투하거나, 압력을 가해 침투 시킨다. 2) 무기안료 금속 산화물 착색재인 나노 세라믹 분말을 나노 밀 등의 분쇄 방법 등을 이용하여 세라믹 분말을 분쇄 시킨 후 화강석 석재의 기공 사이로 침투 시키는 방법 3) 금속 알콕사이드를 축 중합 반응으로 나노 졸을 제조하여 기공 사이로 침투 시키는 방법 등을 이용 하였다. 제조된 나노 무기안료는 입도크기가 10∼100Å으로 응집 현상 때문에 분산 재(0.1∼5wt％)로 분산시켜 사용 하였다. 염료, 유기안료 및 무기안료의 입도는 나노 사이즈이다. 본 발명에서 핵심기술은 나노 크기의 착색재의 particle 사이즈를 응집 시키지 않고 잘 분산시켜 화강암 내부에 내재한 기공 속으로 효과적으로 염료, 유기안료 및 무기안료를 침투시키는 것이다. 착색재의 분산기술로는 수용액의 경우 착색재 용액의 PH를 조절 하는 방법을 사용 하여 분산시킨다. PH의 변화에 따라 착색재의 입자 위에 양이온이나 음이온의 전하가 뛰게 된다. 제타포텐셜(Zeta potential) 방법으로 입자 위의 기전력을 측정하면 최적의 분산 상태를 확인 할 수 있다. 비 수용액의 경우 폴리마 바인다와 용매를 선정 하여 Rheology방법을 이용 하여 shear stress와 shear rate을 측정하여 Newtonian거동을 나타내면 비 수용액의 경우 나노 착색 particle이 분산상태를 알 수 있다. 다양한 종류의 천연 화강석은 물리적(강도), 화학적(조성)특성이 다르기 때문에 기공을 통해 염료, 유기안료 및 무기안료를 침투 시킬 때, 침투 조건도 달라진다. 본 발명에서는 여러 종류의 화강석을 온도를 50∼500℃로 올린 다음 1∼5시간 유지하여 기공을 팽창시킨 후 착색재 용액에 디핑 하는 방법으로 화강석 자체가 갖는 기공 속으로 염료, 유기안료, 무기안료를 침투 시킨 후 폴리마 수지로 침투된 안료와 화강석 소지를 고착 시키는 원리를 이용 하였다. 수은 침투 법 (Mercury Porosimeter)을 이용 하여 각종의 천연 화강석에 수은을 압력을 가해 침투 시켜 기공의 크기와 기공분포를 측정한 다음 나노 사이즈의 염료, 유기안료 및 무기안료 분말의 크기와 입도분포를 결정하여 최적의 착색공정을 설계 하였다. 천연 화강석의 기공의 크기(포천 석의 경우)는 50nm로 침투 시킬 염료, 유기안료 및 무기안료의 입자 크기를 화강석의 기공을 통하여 침투 할 수 있도록 나노 사이즈의 염료, 유기안료, 무기안료 착색분말의 입자 크기 및 입도분포를 조절 하여야 한다. 착색 처리 전의 포천 석의 압축강도는 157MPa이며 착색 처리시 175MPa로 약 10％ 값이 증가됨을 보여 주었다. 이유는 염료, 유기안료, 무기안료 및 무기안료 고착재인 폴리마가 화강석의 기공 속으로 침투하여 기공을 매워 흡수율 및 비중이 증가 됨에 기인 한 것을 알 수 있다. 국내 포천 석의 경우 밀도는 천연 화강석은 2.57g/㎤이며, 착색을 하였을 때는 2.59g/㎤을 나타내었다. 기공 율은 천연석일 때 0.92％, 착색 시 0.64％로 나노 무기안료 세라믹이 기공을 통하여 침투되어 기공의 공격을 매워 밀도가 증가 했기 때문이다. 압축강도도 착색 시 10％ 정도 증가한 것도 같은 이유로 설명 할 수 있다. 촉진 내후성은 보석일 때 5호로 이때는 색상의 변화가 없음을 의미한다. 500시간 Xenon 테스트 결과(ASTMG 155, KSK 0911) 착색 화강석은 4.5호를 나타내었다. 일반적으로 변퇴 색의 경우 3.0호 이상이면 양호하다고 하며 4.5호인 경우는 500시간 테스트 결과 색상의 변화가 거의 없음을 나타낸다. 착색 화강암을 외장 재로 사용할 경우 우려되는 변퇴 색을 방지 하기 위해 자외선 차단 재 및 마이카분말을 염료, 유기안료 및 무기안료와 함께 폴리마 용액이나 수용액에 분산시켜 착색 후 고열의 버너구이로 착색된 화강암을 개질 시킨 다음 물 갈기(연마)공정을 통해 장기간 자외선, 산성비 등 가혹한 외부 환경 조건에서 변퇴 색을 방지 하거나 천연 화강석을 가공하여 100∼500℃로 온도를 올려 화강석을 개질 시킨 후 착색과 연마공정을 통하여 변퇴 색을 방지하였다. 이 발명의 핵심은 자연에 풍부하게 존재하는 백색이나 회백색의 화강석에 자유자재로 색깔을 내고 또한 자외선에 강하고 색갈이 다양한 마이카 분말을 분산 또는 응집시켜 유약처리 후 연마공정을 거쳐 인위적으로 무늬를 입히거나 또는 착색된 화강석의 표면에 색조있는 마이카 분말을 용매(에타놀, 메타놀,아이소프로파놀, 에틸아세테이트, 메틸에틸키톤, 아세톤, 부틸아세테이트, 메틸아이소부틸키톤, 톨루엔, 아이소부타놀, 아이소시아네이트, 크실렌)(10∼80wt％) 및 에폭시, 우레탄, 아크릴(PMMA), 실리콘 폴리비닐부탄 등의 폴리마 바인더를(1∼50wt％)와 혼합하여 경화, 열처리 시킨 후 연마공정을 거쳐 인위적으로 무늬를 갖는 방법 등을 이용하여 균일한 색조 및 다양한 무늬를 지닌 석재를 만들어낼 수 있는 장점이 있다.

대표청구항 ▼

석재를 선별하여 일정한 크기로 재단하고, 물로 세척한 후 전기로 에서 100∼400℃의 온도로 1차 가열 처리한 후 상온에서 식힌 후 석재의 표면에 잔재하는 이 물질을 제거하기 위해서 수산(CH3COOH)용액 12시간 담가둔 후 석재에 분포된 철분을 녹이기 위해서 염산처리를 한 다음 철분이 제거된 석재는 섭씨 25∼100℃의 온도에서 염료, 유기안료 및 무기안료 용액에 1∼24 시간 동안 침수시킨다. 본 발명에 사용한 염료는 BASF사의 Neozapon을 에타놀, 메타놀, 아이소프로파놀, 에칠 아세테이트, 부틸 아세테이트, 아세톤,

석재를 선별하여 일정한 크기로 재단하고, 물로 세척한 후 전기로 에서 100∼400℃의 온도로 1차 가열 처리한 후 상온에서 식힌 후 석재의 표면에 잔재하는 이 물질을 제거하기 위해서 수산(CH3COOH)용액 12시간 담가둔 후 석재에 분포된 철분을 녹이기 위해서 염산처리를 한 다음 철분이 제거된 석재는 섭씨 25∼100℃의 온도에서 염료, 유기안료 및 무기안료 용액에 1∼24 시간 동안 침수시킨다. 본 발명에 사용한 염료는 BASF사의 Neozapon을 에타놀, 메타놀, 아이소프로파놀, 에칠 아세테이트, 부틸 아세테이트, 아세톤, 메칠에틸키톤, 아이소 부타놀 등에 0.1∼10wt％용해 시켜 사용하였다. 유기안료로는 Azo계(노랑∼빨강색), Phthalocyanine계(파랑∼초록색) 및 축합다환계를 사용하였다. 유기안료의 종류로는 Azo계 안료로는 친수성의 sulfone산기, carboxyl 기를 가진 알카리 토금속류 등의 금속화합물의 용성 Azo계 안료와 친수성기를 갖지 않고 coupling 반응시킨 불용성Azo계, 파랑색∼초록색 색상을 내는 2가 금속을 함유한 환상화합물인 phthalocyanine계 안료 및 Benzen 고리, Hetero고리로 구성된 축합다환 방향족 환상 구조를 갖는 축합다환계 유기안료를 사용하였다. 무기안료의 종류로는 붉은색은 적색 산화 철, 백색은 산화아연, 이산화 티탄, 흑색은 산화 철 혹은 카본블랙, 초록색은 크롬그린 또는 에메랄드 그린 [Cu(CH3CO2)2-3Cu(AsO2)2]2, 파란색은 Fe(NH4)Fe(CN)6XH2O 및 코발트 블루(CoOAL2O3), 보라색은 망간 Violet[NH4MnP2O7]을 사용 하였다. 화강석이 자체적으로 갖는 기공 및 화강석 석재에 분포된 철분을 녹인 기공을 통한 모세간 현상으로 염료, 유기안료 및 무기안료(0.1∼10.0wt％)와 자외선 차단 재(0.1∼5.0wt％), 마이카 분말(0.1∼5wt％)을 폴리마 바인다에 분산 시킨 후 기공 속으로 침투한 염료, 유기안료 및 무기안료와 화강석소지를 고착시켜 착색 화강석을 제조 하는 방법.