헴프를 주성분으로 함유하는 신규 세라믹 및 이의 제조방법{Novel hemp comprising ceramic as a main component and the Method for preparing them}
본 발명은 흡습성과 통기성을 가진 헴프( Cannabis sativa L.)를 주성분으로 함유하는 신규 세라믹 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 강인성 헴프( Cannabis sativa L.) 및 실리콘계 수지를 포함한 세라믹 및 그 제조방법에 관한 것입니다.
[문헌 1] 정보섭 및 신민교, 향약대사전, pp.548-549, 영림사, 1998 [문헌 2] 대한민국 특허등록 제10-0787970호 [문헌 3] 대한민국 등록특허 제10-319587호 [문헌 4] 대한민국 등록특허 제10-301562호 [문헌 5] 대한민국 공개특허 제10-2006-29870호
본 발명은 헴프를 주성분으로 함유하는 세라믹 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 강인성 헴프와 실리콘계 수지를 포함한 세라믹 및 그 제조방법에 관한 것이다. 헴프( Cannabis sativa L.)는 뽕나무과의 일년생 초본으로 높이 1~2.5m이며 대마(大麻) 또는 마(麻)라고도 한다. 줄기는 사각주상(斜角柱狀)으로 곧게 뻗으며, 표면(表面)에는 전체에 유모(柔毛)가 나 있고, 속이 비어 있다. 줄기의 표면에는 세로로 골이 져 있고 횡단면은 표피세포 안쪽에 여러 층의 엽록소(葉綠素)를 가진 하피(下皮)가 있으며 그 안쪽에 유조직이 있고 안쪽에 우리가 이용하는 인피섬유(靭皮纖維)가 있다. 섬유의 길이는 긴 것이 10cm 정도이고 대개는 3~4cm이다. 대마 줄기의 인피섬유는 삼실[麻絲]로서 삼베를 짜거나 로프, 그물, 모기장 또는 천막 등의 원료로 쓰인다. 우리나라에서는 한복감으로 오래전부터 사용되었으며 현재는 여름철 중의적삼, 침대시트, 이불, 요 특히 수의복으로 많이 유용되고 있고 헴프의 종자는 기름을 짜서 식용으로, 한방에서는 약용으로 잎은 마취약 제조에 쓰인다. 헴프는 향균, 항독을 함유하고 있어 잡균의 서식이나 근접을 막아주는 특성이 있다. 또 헴프는 수분 흡습성과 통기성이 타 섬유에 비해 월등하여 유럽지역이나 이집트에서 시신을 감는 천으로 사용하기도 하였다. 세라믹은 원적외선을 방출하고, 흡착, 흡수, 포균(浦菌) 작용을 통해 물 중의 중금속류 및 균류를 흡착할 뿐 아니라 흡습성이 높아 탈습, 탈취, 곰팡이 방지의 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 이에 황토, 제올라이트, 게르마늄, 맥반석, 옥, 은나노 등이 포함되며, 이를 가지고 제조한 세라믹 볼은 베개, 매트, 세탁볼, 식품 등에 적용되어 인체에 유익함을 제공한다(국내등록특허 제319587호, 국내등록특허 제301562호, 국내공개특허 제10-2006-29870호). 최근에는 헴프의 강인성, 항균성 및 탈취성이 부각됨에 따라 종이, 직물, 식품, 의약품 및 연료 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 상기한 바와 같이 헴프에 대한 많은 특성들이 보고되고 있으나, 지금까지 헴프 섬유를 이용한 세라믹 및 이의 제조방법에 관해서는 상기 문헌의 어디에도 교시되거나 기재된 바가 없다. 이에 본 발명자들은 헴프를 유효성분으로 함유하는 세라믹을 제조함으로써 강인성이 뛰어나며, 항균성과 탈취성을 갖는 새로운 기능의 세라믹을 제조하였다.
이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래방법의 문제점을 해결하고 헴프의 강인성, 흡습성 및 통기성을 이용해 보다 개선된 세라믹 제조방법을 제공한다. 따라서, 본 발명은 헴프 줄기 또는 속대를 잘라 세척 및 건조하는 제 1단계; 상기 제 1 단계에서 절단한 헴프를 파쇄기에 넣어 분쇄함으로써 헴프 섬유를 분리해내는 제 2단계; 상기 제 2단계에서 제조된 헴프 섬유를 약 1~30시간 동안, 약 20℃~100℃의 온도로 가열 및 건조시켜 건조형태의 헴프 섬유를 수득하는 제 3 단계; 상기 제 3단계에서 수득한 건조형태의 헴프 섬유를 질소 또는 아르곤 가스를 충전한 노 속에서 1~30시간 동안 800℃ 미만의 온도 하에서 탄화가 발생하도록 하여 탄화형태의 헴프 섬유를 수득하는 제 4단계; 상기 제 4단계에서 수득한 탄화형태의 헴프 섬유 및 실리콘계 수지를 혼합하여 약 5~30분 동안 교반 후, 성형 틀에 주입하여 질소 또는 아르곤을 충전한 노 속에서 약 30분~3시간 동안 50℃~200℃의 온도에서 건조시키는 제 5단계; 상기 제 5단계에서의 노 내의 혼합재를 노 내에서 약 30분~3시간 동안 약 500℃~3000℃의 온도로 가열함으로써 세라믹화가 발생하도록 하는 단계를 포함하는, 헴프를 주성분으로 함유하는 세라믹의 제조방법을 제공한다. 이하 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 상기 1단계의 헴프의 줄기 또는 속대를 세척 및 건조하는 단계에서 상기 헴프는 인피를 제거하지 않은 헴프 또는 인피를 제거한 헴프를 포함함을 특징으로 한다. 또한 상기 1단계의 인피를 제거하지 않은 헴프 줄기 또는 인피를 제거한 속대는 약 1cm 내지 10cm(직경 0.5cm 내지 2cm)로 자르는 것이 바람직하고, 길이방향으로 약 2cm 내지 5cm의 길이로 자르는 것이 더욱 바람직하다. 상기 2단계는 상기 자른 헴프를 파쇄기에 넣어 분쇄함으로써 헴프 섬유를 분리해내는 단계이다. 상기 3단계에서 상기 제조된 헴프 섬유를 가열하여 건조시키는 단계로 1시간 내지 30시간, 바람직하게는 10시간 내지 20시간 동안 20℃ 내지 100℃, 바람직하게는 30℃ 내지 90℃, 더 바람직하게는 40℃ 내지 80℃의 온도에서 가열 및 건조시킴을 특징으로 한다. 상기 4단계는 상기 건조된 헴프 섬유를 질소 또는 아르곤을 충전한 노 속에서 800℃ 미만의 온도 하에, 바람직하게는 약 500℃~800℃ 범위의 온도범위 내에서 약 1시간 내지 30시간 동안, 바람직하게는 5시간 내지 25시간 동안 가열함으로서 탄화가 발생되게 함을 특징으로 한다. 상기 5단계는 상기 (a)탄화 상태의 헴프 섬유 및 (b) 실리콘계 수지를 1: 0.1∼10 (중량비 w/w)의 혼합비, 바람직하게는 1: 0.5∼2 (중량비 w/w)의 혼합비로 혼합하여, 교반 후, 성형 틀에 주입하여 질소 또는 아르곤을 충전한 노 속에서 건조시키는 단계로 탄화 발생 헴프 섬유와 실리콘계 수지는 혼합하여 5분 내지 30분, 바람직하게는 10분 내지 20분 동안 교반함이 바람직하며, 70℃ 내지 150℃의 온도로 30분 내지 3시간 동안 건조시키는 것이 바람직하며, 상기에서 사용가능한 실리콘계 수지로는(SiO 2 , SiC, H 3 CSiCl 3 , Si(OC 2 H 5 ) 4 등), 중합도가 1,000∼100,000 범위, 바람직하게는 5,000∼20,000 범위의 수지를 사용함이 바람직하며, 그 형태에 따라, 유상(油狀；실리콘유) 실리콘수지, 고무상(실리콘고무) 실리콘수지, 또는 수지상(좁은 의미의 실리콘수지) 실리콘수지가 사용 가능하며, 보다 바람직하게는, 반응·다리걸침성 실리콘수지(일명 RTV이라 함), 밀폐제 또는 접착제로서 고층건축물 외벽의 메지, 창유리 틀, 욕조, 냉동고, 자동차의 실(seal) 등에 사용되는 실리콘수지를 사용함이 바람직하다. 상기 6단계는 상기 노 내의 혼합재를 가열함으로써 세라믹화가 발생하도록 하는 단계로 약 500℃ 내지 3000℃의 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 2500℃의 온도, 더욱 바람직하게는 1000℃ 내지 2000℃의 온도로 30분 내지 3시간 동안 가열함이 바람직하다. 상기 제조공정으로 제조된 본 발명의 헴프 함유 세라믹은 헴프의 강인성과 세라믹의 고경도, 및 내열성을 결합시킴으로서 세라믹재질을 개선시키는 효과, 즉, 세라믹의 경도는 높이는 반면에 취성이 강한 문제점을 헴프자체가 갖는 자연친화적 특성으로 보완시키며, 인성은 높은 반면에 전단강도는 약한 헴프의 특성을 상호 보완시킬 수 있으며, 식물성 헴프를 탄화시킴으로서 세라믹과 혼합가능한 소재로 변환시킬 수 있는 장점을 부여할 뿐 만 아니라, 헴프 자체가 갖고 있는 항균성과 탈취성 등의 이로운 기능이 추가됨으로 인하여 기존 세라믹제품이 갖고 있는 자체 냄새 발생을 방지할 수 있을 뿐아니라, 장기간 사용시 발생할 수 있는 곰팡이 발생 등의 문제점을 개선시킴으로서, 기존 세라믹 적용 제품 상의 문제점을 개선시키는 효능 및 효과를 나 타낸다. 따라서, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된, 헴프 함유 세라믹 원료를 제공한다. 상기한 본 발명의 헴프 함유 세라믹 원료는 건축내장재, 세라믹 볼 형태의 베개, 매트, 세탁볼, 식품 등의 각종 친환경 생활용품 및 산업 응용 제품 등으로 다양하게 사용가능하다. 따라서, 본 발명은 상기 헴프 함유 세라믹 원료를 주원료로 하는, 물리, 화학적 성질이 보다 개선된 세라믹 제품을 제공한다. 상기 본 발명의 세라믹 제품으로는 (유해 전자파 차단 기능이 요구되는 제품, 전파 흡수가 요구되는 제품, 원적외선 발산 및 흡수 용도의 제품, 내마모성이 요구되는 제품에 적용가능)건축내장재, 세라믹 볼 형태의 베개, 매트, 세탁볼, 식품 등의 각종 친환경 생활용품 및 산업 응용 제품을 들 수 있다.
본 발명의 방법으로 제조된 세라믹은 자연친화적인 세라믹 소재로서, 헴프의 강인성과 세라믹의 고경도, 및 내열성을 결합시킴으로서 세라믹재질을 개선시키는 효과를 부여할 뿐만 아니라, 헴프 자체가 갖고 있는 항균성과 탈취성 등의 이로운 기능이 추가됨으로 기존 세라믹 제품의 기능을 개선시키는 효능 및 효과를 나타낸다.
도 1은 헴프 섬유의 제조공정 과정을 나타낸 도이고,
도 2는 헴프 섬유의 탄화처리 과정을 나타낸 도이고,
도 3은 헴프 섬유 숯과 실리콘계 수지 혼합재 제조공정 과정을 나타낸 도이고,
도 4는 성형 후 세라믹화 과정을 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 구체적인 제조 방법에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 제조 방법은 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 제조 방법에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 헴프 섬유 제조 인피를 제거하지 않은 헴프(한중대학교 헴프사업단) 300g의 줄기 또는 인피를 제거한 속대를 2~3cm 길이(직경 0.5cm~2cm)로 절단한 후, 절단된 헴프를 파쇄기(모델명: Cleansense, 제조사 : SHINIL)에 넣어 분쇄하여 섬유소들을 분리해내고, 상기 분리된 섬유소들이 펄프 형태로 만들어질 때까지 20분간 분쇄하여 솜 형태의 햄프섬유 300g을 제조하였다 (도 1).
실시예 2. 헴프 섬유의 탄화 처리 상기 제조된 헴프 섬유 300g을 건조기(모델명 : VISION 및 제조사 : SCIENTIFIC CO., LTD.)에 넣어 15시간 동안 70℃의 온도로 가열하여 건조시켰다. 상기 건조 헴프 섬유를 질소 또는 아르곤을 충전한 노(한중대학교 헴프사업단) 속에서 800℃ 미만의 온도 하에 1~24시간 가열시킴으로서 탄화가 발생하도록 하여 탄화된 형태의 헴프 섬유 100g을 얻었다 (도 2).
실시예 3. 헴프 섬유 숯과 실리콘계 수지의 혼합 과정 상기 제조단계에서 만들어진 탄화 발생 헴프 섬유 100g과 실리콘계 수지 100g을 1:1(w/w)의 혼합비로 혼합하여 15분 동안 교반기에서 교반시킨 후, 성형 틀(대림테크, 충남 아산 소재)에 투입하여 질소 또는 아르곤을 충전한 노 속에서 110℃의 온도에서 1시간 동안 건조시켰다.
실시예 4. 성형 후 세라믹 처리 과정 상기 노 내의 혼합재를 1400~1600℃의 온도로 1시간 동안 가열함으로써 세라믹화가 발생하도록 하여 최종 세라믹 원료 200g을 수득하였다.
|
