기능성 고강도 천연석재 가공법(The process of manufacturing nano technology used highdensity antibiotic stone)

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51) 。Int. Cl.7
C04B 41/50
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2005-0026158
2005년03월15일
(21) 출원번호 10-2003-0063133
(22) 출원일자 2003년09월09일
(71) 출원인 김미현
서울특별시 서초구 반포동 1197 반포아파트 70동 207호
(72) 발명자 김미현
서울특별시 서초구 반포동 1197 반포아파트 70동 207호
(74) 대리인 정승황
심사청구 : 있음
(54) 기능성 고강도 천연석재 가공법
요약
본 발명은 나노기술을 이용한 기능성 고강도 석재가공법에 관한 것으로서 자세히는 천연석재의 표피를 통하여 나노
크기의 초미립자 물질을 침투 충진하여 석재조직과 결합시켜 제조하는 기능성 고강도 석재가공법에 관한 것이다.
천연석재의 표피를 통하여 석재조직의 틈새로 나노실버 등 고유의 색상과 항균 살균 탈취 등의 기능성을 가진 나노
물질을 침투 충진하여 석재의 밀도를 높인 후
나노물질을 침투 충진한 천연석재에 이산화탄소, 수분, 고온, 고압 등의 인위적인 조건을 조성하여 나노물질이 석재
조직과 더욱 결합하여 이탈되지 아니하도록 한다.
색인어
석재, 나노물질, 기능성, 항균, 살균, 탈취, 침투 충진
명세서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
통상의 고강도 세라믹은 배합과정에서부터 세라믹입자 간의 결합을 강하게 하고 세라믹 조직의 틈새를 메울 고운
입자의 물질을 섞어 밀도를 높여 만들어진다.
천연 석재도 표피를 통하여 석재조직들의 틈새로 본래의 조직보다 더 고운 입자와 색상을 지닌 물질을 침투 충진시
켜 밀도를 높이고 침투 충진한 물질이 석재조직 틈새를 이탈하지 아니할 정도로 부착할 수 있다면 천연석재를 채색
하고 강도를 올릴 수 있겠지만 지금까지는 이러한 가공법이 도입되지 아니 하였다.
천연석재에 금 은 등과 같이 나노화함에 따라 살균 항균 탈취 등의 기능을 갖고 색상까지 달라지는 특성을 갖는 나
노화물질(이하 나노물질이라 칭한다)을 침투 충진하여 밀도를 높이고 나노물질이 석재을 이탈하지 아니하게 한다면
새로운 색상과 항균 제균 탈취 등의 기능을 가진 석재로 만들 수 있는 것이다.
단순히 석재조직에 나노물질의 침투 충진에만 그친다면 침수 세척 등에 의하여 씻겨지는 등의 문제점이 있고 나노
물질을 접착제에 혼합하여 코팅하는 방법은 접착제가 나노물질의 표면까지 코팅하게 되어 효용이 떨어짐은 물론 내
구성이 낮고 천연석재의 질감을 살리지 못하는 단점이 있다.
공개특허 10-2005-0026158
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천연석재는 상온 상압에서 수 천년 이상의 화학적 물리적 변화에 의하여 생성된 것이지만 본 발명에서는 천연석재
에 인위적으로 이산화탄소, 수분, 고압, 고온 등의 조건을 조성하여 일시에 이러한 변화의 일부를 미세하게 이루어
석재조직의 틈새에 침투 충진한 나노물질이 이탈되지 아니하도록 하는 것이다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 건조 석재에 효과적으로 나노물질을 침투 충진시키는 방법이 강구되어야 하고
나노물질을 충진한 석재를 압력탱크에 넣고 이산화탄소가 녹은 수분을 공급하며 서서히 압력을 올려 일정시간 유지
하였다가 서서히 압력을 내려 석재의 조직 틈새에 상존하는 탄산칼슘을 이산화탄소가 녹아있는 수분에 의하여 녹게
하여 탄산수소칼슘을 만들게 하고 서서히 압력을 내려 탄산수소칼슘을 석재의 표면과 석재조직 틈새에서 건조하여
탄산칼슘으로 변하게 하여 석재 조직의 손상이 없이 나노물질과 석재조직을 더욱 결합하게 하거나
증기에 의하여 고온 고압의 상태를 만들어 포화수증기와 석재가공과정에서 생성한 석분과 석재조직 틈새에 상존하
는 미량의 탄산칼슘, 실리카성분 등이 반응하여 미량의 터보모라이트(Tobermorite), 칼슘실리케이트(Calcium
silicate)화합물 등을 발생시켜 나노물질과 석재조직의 결합을 촉진하여야 한다.
발명의 구성 및 작용
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같으며 상세한 설명이 도리어 발명의 요
지를 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
압력탱크에서 나노물질 콜로이드가 들어 있는 용기에 석재를 담아 서서히 압력을 가하여 일정시간을 유지하였다가
서서히 해제하는 방법으로 석재조직 사이에 나노물질을 침투 충진시킨다.
나노물질을 침투 충진시킨 석재를 압력탱크에 넣은 후 탄산가스를 주입하고 서서히 압력을 올려 고압의 상태를 조
성 유지하여 탄산가스가 녹아 있는 수분이 석재 표피층과 틈새의 탄산칼슘(CaCO3)을 녹여 탄산수소칼슘
(CA(HCO3)2)을 만들고 서서히 압력을 낮추어 수분을 건조시키면 탄산수소칼슘(CA(HCO3)2)이 나노물질이 섞인
탄산칼슘(CaCO3)으로 변하여 석재조직과 나노물질을 더욱 결합하게 하거나
오토클레이브에서 증기에 의하여 압력과 온도를 서서히 올려 고온 고압의 상태에서 포화수증기와 석재가공과정에
서 생성된 미량의 석분과 석재조직 틈새에 상존하는 미량의 탄산칼슘, 실리카성분 등이 반응하여 미량의 터보모라
이트, 칼슘실리케이트화합물 등을 발생시켜 나노물질과 석재조직을 더욱 결합시키는 방법으로 원하는 색상과 살균
항균 탈취 등의 기능을 지닌 기능성 고강도 천연 석재를 제조한다.
천연석재는 상온 상압에서 수 천년 이상의 물리 화학적 변화에 의하여 생성된 것으로 천연석재에 나노물질을 침투
충진하고 인위적인 이산화탄소, 고압 고온 등의 조건을 일시적으로 조성하여 변화의 일부를 미세하게나마 이루어
석재조직의 틈새에 침투 충진시킨 나노물질이 결합 이탈되지 아니하도록 하는 것이 본 발명의 요체이다.
본 발명의 원재료로서의 천연의 석재는 단일 광석으로서 석질이 단단하며 내마모성과 내구성이 우수한 화강암, 대
리석 등 사용목적에 따라 임의 선택하여 사용하나 균등물로 적절한 강도와 경도를 가지는 세라믹을 선택할 수도 있
다.
나노 물질의 선택에 있어,
나노실버는 천연의 고효율 항생물질로서 본래의 실버(silver, 은)의 벌크상태는 은백색의 색상에 무른 재질이나 이
를 20㎚이하로 나노화하면 황금색을 띄게 되고 3-5nm크기의 은 초미립자가 세균에 직접 작용하여 세포막을 녹이
고 세균의 대사기능과 호흡기능을 차단하여 세균의 증식과 존속을 근본적으로 막아주므로 세균의 내성을 키우지 아
니하면서 염소계열보다 수십 배의 강력한 항균 제균력(99.9%)을 가질 뿐만 아니라 전자파 차폐 등의 기능을 갖는
특성도 가진다.
나노골드 역시 인체 친화적인 금속으로 본래의 벌크상태에서는 노란색으로 매우 안정적이라 화학반응에 잘 참여하
지 아니하는 것으로 알려져 있으나 이를 20㎚ 이하로 나노화 하면 적포도주와 같은 붉은색을 띄며 상온에서 일산화
탄소를 이산화탄소로 산화시키고 프로필렌을 산소분자로 산화시켜 프로필렌옥사이드를 생성시키는 등 화학반응에
적극적으로 참여함으로 이를 효과적으로 응용하면 불쾌한 냄새를 제거하는 탈취기능 등을 갖게 할 수 있다.
이산화티탄을 20㎚ 이하로 나노화하면 약한 자외선을 받을 때 살균력, 자가세척력, 김서림방지 효과가 있다.
그러므로 기존의 석재에 착색, 살균 등의 효능을 가진 나노 실버, 나노골드 등을 독립적 또는 효과적으로 혼합하여
기존의 보통 석재(세라믹)조직에 침투 충진하여 결합시킨다면 소정의 목적에 맞는 아름답게 착색된 고강도의 항균
살균 탈취 등의 기능을 가진 고급석재를 만들 수 있는 것이다.
나노실버 콜로이드(nano-silver colloid)의 경우 3-20㎚크기의 나노실버를 강력한 살균 항균성을 지니고 황금색을
내는 경제적인 규격과 비율을 선택 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
공개특허 10-2005-0026158
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전술한 바와 같이 벌크상태의 은과 금은 인체에 무해 유익한 순수 금속이지만 이를 나노화하면 강력한 세균의 번식
을 억제하는 항균, 제균기능을 갖게 되고 순도 99.99% 이상의 은과 금을 나노(nano)단위의 크기로 입자화한 나노
실버와 나노 골드 콜로이드의 제조방법이 알려져 있으나 본 발명에서는 제조방법에 상관없이 생산된 나노물질콜로
이드를 사용한다.
물질의 원자, 분자 단위를 조합하여 인간의 삶을 향상시키는 차세대 핵심기술로서의 나노 기술(NT)은 정보통신이
나 컴퓨터, 생명과학, 의료환경, 환경공학 등의 분야에 다양하게 적용되고 있으며, 나노 입자는 나노화 크기에 따라
본래의 벌크상태의 물질과 다른 특성을 가지게 되며 나노화 한 물질을 특정의 특정의 분야에 응용하는 문제를 모색
하게 되었고 본 발명에서는 나노기술을 천연석재의 가공에 응용하였다.
이하 나노실버를 기준으로 하여 공정을 설명한다.
나노실버(Nano-silver)에 있어,
나노실버는 99.99%의 순도를 가진 은을 나노화 한 것으로 3-20㎚크기의 나노실버 파우더를 강력한 살균 항균성을
지니고 황금색을 낼 수 있는 경제적인 규격과 비율을 선택 혼합하되 석재조직에 침투 흡착이 용이하게 하기 위하여
에탄올을 용제로 하여 만들어진 나노실버콜로이드를 사용한다.
나노실버콜로이드의 용제인 에탄올을 증류수 등으로 대체하여 사용할 수는 있으나 에탄올에 비하여 침투 흡착력이
떨어진다.
압력탱크에 있어서,
압력탱크는 레일과 대차에 의하여 석재를 넣고 꺼내기 용이한 뚜껑을 가지고 압력의 증감을 빠르게 진행하면 석재
의 강도가 떨어 질 수 있으므로 압력을 서서히 올려 일정시간 유지 후 서서히 내리는 전 과정의 공정을 마이크로컨
트롤러에 의하여 자동 제어한다.
압력탱크에서 석재조직에 침투와 흡착이 쉬운 에탄올을 용제로 한 나노실버콜로이드가 들어 있는 용기에 석재를 담
아 서서히 압력을 가하여 일정시간을 유지하였다가 서서히 해제하는 방법에 의하여 석재표면의 크랙과 요철(凹凸)
부분과 석재조직 사이에 나노실버콜로이드를 침투 충진 결합시킨 후 건조 시킨다.
진공탱크에서 석재를 나노물질콜로이드에 담아 진공화하여 석재조직의 틈새의 공기를 추출하고 공기가 빠져나간
자리에 나노물질이 침투 충진되도록 하는 방법을 선택할 수도 있지만 상온에서 압력을 낮출 경우 비등점도 낮아져
나노물질콜로이드가 끓어 넘치게 되므로 침투 충진도 어렵고 석재조직과 나노물질의 결합도 약하다.
나노물질을 침투한 석재가 든 압력탱크에 탄산가스(CO2)가 녹아 있는 수분을 주입하고 서서히 압력을 올려 고압의
상태를 조성 유지하여 수분(H2O)에 녹아 있는 이산화탄소(CO2)가 석재 틈새의 탄산칼슘(CaCO3)과 반응하여 탄산
수소칼슘(CA(HCO3)2)이 되며(CaCO3 H2O CO2 → Ca(HCO3)2) 서서히 압력을 낮추고 건조시켜 수분(H2O)
이 증발되면 석재조직의 틈새에서 탄산수소칼슘(CA(HCO3) 2)이 탄산칼슘결정체(CaCO3)로 변하여 나노실버와 함
께 석재조직에 더욱 결합되도록 한다.
위의 압력탱크에서 물에 녹은 이산화탄소가 석재 틈새의 탄산칼슘과 반응하여 액화탄산수소칼슘을 거쳐 다시 탄산
칼슘으로 변화하여 나노실버와 함께 석재조직과 결합되도록 하는 방법 이외에,
오토클레이브에 나노물질을 침투 충진하여 건조한 석재를 넣고 증기에 의하여 3시간에 걸쳐 서서히 섭씨 180도 10
기압 전후의 고온 고압의 상태에 이르게 하여 5시간을 유지하면 포화 수증기와 석재 가공과정에서 생성된 미량의
석분과 석재조직 틈새에 상존하는 미량의 탄산칼슘, 실리카(Silica)성분 등이 반응하여 미량의 터보모라이트
(Tobermorite) 칼슘실리케이트(Calcium silicate)화합물 등을 발생시켜 본래의 벌크상태의 물질보다 훨씬 큰 표면
적을 가진 나노실버를 석재조직과 결합을 더욱 촉진시키게 하고 2시간에 걸쳐 서서히 압력과 온도를 낮춘다.
나노실버와 석재조직과의 결합은 나노실버가 본래의 벌크상태의 실버보다 훨씬 큰 표면적을 가져 부착성이 높으므
로 나노물질이 석재조직 틈새에 끼어 침수 세척 또는 충격 등에 의하여 떨어지지 않을 정도의 결합이면 충분하다.
석재의 표면에 나노실버를 접착제에 혼합하여 코팅하는 방법은 접착제가 나노실버입자의 표면까지 코팅하게 되어
효용과 내구성이 떨어지며 천연석재의 질감도 살릴 수 없다.
본 발명은 기존의 가공법과 같이 석재의 표피만 코팅하여 살균 항균 기능성을 갖게 하는 것이 아니라 표면의 크랙과
요철(凹凸)부분은 물론 표피층 밑에도 나노실버를 침투 충진하여 표피만 코팅한 것보다 높은 기능성과 색상을 유지
하고 천연석재의 질감을 살리는 표면을 가진 석재를 완성할 수 있다.
석재의 조직 중 엉성한 구조에서보다 치밀한 구조의 틈새에 나노실버를 충진하는 것이 효과가 있으며 석재에 표피
만 단순 코팅하던 종래의 기술을 가일층 발전시킨 것이다.
천연석재 고유의 무늬와 조직의 치밀도에 따라 나노실버의 충진량이 다르게 되며 나노실버 외에 나노골드 등의 원
하는 기능과 색상을 가진 나노물질을 적절히 혼합하면 나노실버의 단독 사용 이상의 큰 효과를 가진 항균 제균 탈취
등의 기능을 가지고 자연결의 아름다운 색상과 표면을 가진 천연석재를 얻을 수 있다.
공개특허 10-2005-0026158
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나노실버 콜로이드 등의 나노물질의 종류, 농도, 석재의 재질, 충진 깊이, 결합강도 등에 따라 진공 충진 및 오토클레
이브의 운용 프로그램을 적의 조정하여 설정한다.
따라서 전술한 방법으로 제조된 본 발명의 항균 기능성 고강도 기능성 석재 를 실제 제품에 응용하면, 예를 들어 나
노실버 등을 침투 충진한 천연석재를 식탁 돌침대 등의 가구, 실내 건축재 등으로 활용하는 등 현재 천연석재가 사
용되고 있는 모든 분야에 적용할 수 있어 경제적 효과가 매우 크다.
전술한 바와 같이 나노실버와 함께 나노골드 등을 독립 또는 혼합 사용하여 기능을 높이면 나노실버의 단독사용 이
상의 큰 효과를 가질 수 있으며 상품성도 제고된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적
사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
발명의 효과
이와 같이 된 본 발명은 천연석재를 광물질로서 원하는 색상으로 착색한다는 점 특히 표피층 밑 조직내부까지 착색
한다는 것만으로도 경제적 효과가 크다.
초미립자 상태의 나노 실버나 나노 골드 등의 나노물질을 석재 조직에 침투 충진시켜 석재조직과 결합시켜 항균 살
균 탈취 등의 기능성을 갖는 고강도 천연석재(세라믹)를 대량 생산할 수 있으므로
색상 경도 등에서 등급이 떨어지는 기존의 석재를 고급석재로 만들 수 있을 뿐만 아니라 석재를 사용 목적에 맞게
외형을 가공하고 난 이후 나노물질을 침투 충진하여 석재조직과 결합시키면 나노물질 등의 재료가 절약되므로 큰
경제적 효과를 거둘 수 있다.
외부의 조건이 악화되어 표면의 나노실버 등이 염화 등에 의하여 손상되더라도 노출된 표면만 작용하게 되고 표피
층을 연마 등의 방법으로 벗겨내면 원래의 색상과 기능을 회복하게 할 수 있으므로 이렇게 생산한 기능성 고강도석
재(세라믹)를 식탁 돌침대 등의 가구, 실내장식재 등으로 활용할 수 있다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
천연석재의 조직 틈새에 나노물질을 침투 충진하여 가공하는 기능성 고강도 석재가공법에 있어서
압력탱크에서 석재조직에 침투와 흡착력이 강한 에탄올을 용제로 한 나노물질콜로이드를 넣은 용기에 천연석재를
담아 서서히 압력을 증감하여 일정시간을 유지하였다가 서서히 해제하는 방법으로 천연석재표면의 크랙(Crack),
요철(凹凸)과 석재조직 틈새에 압력과 에탄올의 흡착력에 의하여 나노물질을 침투 충진 결합시켜 착색과 항균 탈취
등의 기능성을 갖게 하고 강도를 증강하는 것을 특징으로 하는 기능성 고강도 석재가공법.
청구항 2.
천연석재표면의 크랙(Crack), 요철(凹凸)과 석재조직 틈새에 압력의 증감에 의하여 나노물질을 침투 충진 결합시킨
후
오토클레이브에 넣어 증기에 의하여 서서히 온도와 압력을 증가하여 섭씨180도 10기압 전후의 고온 고압상태에 이
르게 하여 포화수증기와 석재 가공과정에서 생성된 미량의 석분, 석재의 표면과 틈새에 상존하는 미량의 탄산칼슘
과 실리카(Silica) 등이 반응하여 터보모라이트(tobermorite), 칼슘실리케이트(Calcium silicate) 등의 화합물을 생
성하게 하고 서서히 오도와 압력을 서서히 내려 석재조직과 나노물질을 결합을 더욱 강화시키는 것을 특징으로 하
는 기능성 고강도 석재가공법
청구항 3.
천연석재표면의 크랙(Crack), 요철(凹凸)과 석재조직 틈새에 압력의 증감에 의하여 나노물질을 침투 충진 결합시킨
후
탄산가스(CO2)와 수분(H2O)을 공급하고 서서히 압력을 올려 고압의 상태를 조성 유지하여 탄산가스(CO2)가 녹아
있는 수분(H2O)이 석재 틈새의 탄산칼슘(CaCO3 )과 반응하여 나노실버가 섞인 탄산수소칼슘(CA(HCO3)2)이 되며
(CaCO3 H 2O CO2 → Ca(HCO3)2) 서서히 압력을 낮추어 수분(H2O)을 건조시키면 석재조직의 틈새에서 탄산
수소칼슘(CA(HCO3)2)이 탄산칼슘결정체(CaCO3)로 변하여 나노실버와 함께 석재조직에 결합되어 천연석재의 조
직 내에 탄산칼슘결정체(CaCO3)로 남게 하는 방법으로 석재조직과 나노물질의 결합을 더욱 강화시키는 것을 특징
으로 하는 기능성 고강도 석재.
공개특허 10-2005-0026158
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