마블칩의 침강 편차가 없는 인조 대리석{Artificial Marble Having Marble Chips Not Settled Down}
발명의 분야 본 발명은 마블칩의 침강 편차가 없는 인조 대리석에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 비중과 모노머 흡수율이 일정하도록 조절된 마블칩을 사용함으로써, 증점제 등의 첨가제를 사용하지 않고도 마블칩의 침강편차가 없이 상/하부 면이 동일한 마블칩 분포를 갖는 인조 대리석에 관한 것이다. 발명의 배경 인조대리석은 최근 건축 내장재로 많이 사용되고 있으며, 그 사용되는 베이스 레진(Base resin)에 따라 크게 아크릴계와 불포화폴리에스터계의 두 가지 종류로 구분된다. 이 중 아크릴계 인조 대리석은 수지 자체의 은은한 투명성과 고급스러운 질감 및 우수한 내후성 등의 장점으로 인해 여러 가지 용도로 사용되고 있으며, 그 수요가 계속 증가하고 있다. 예를 들면, 씽크대 상판, 세면 화장대의 상판, 은행 및 일반 매장의 접수대 등 각종 카운터의 상판, 상품 매장의 내벽재, 욕조, 싱크 보울(sink bowl) 및 각종 인테리어 조형물의 소재로서 전 세계적으로 그 사용이 확대되고 있다. 이러한 인조 대리석 중 직경 4 ㎜정도 크기의 마블칩이 사용되는 제품군은 일반적으로 제품의 상부 면과 하부 면에 있어서 마블칩의 분포에 차이가 있다. 이처럼 상/하부 면의 마블칩 분포에 차이가 있는 경우, 직각으로 접합하거나, 판재를 적층하여 접합하는 경우 접합면을 경계로 하여 마블칩 분포 차이가 눈에 띠게 나타나는 단점이 있다. 일반적으로 인조 대리석 슬러리 보다 비중이 지나치게 높은 마블칩을 사용할 경우, 경화가 진행되는 과정에서 인조대리석 슬러리와 마블칩의 비중 차이로 인해 마블칩의 침강이 발생되어 경화가 완료된 제품의 하부 면에는 마블칩이 많고, 상부 면은 마블칩이 적게 되는 현상이 발생한다. 한편, 마블칩을 슬러리와 혼합한 상태에서 공정 체류하는 동안 마블칩이 모노머를 흡수하게 되는데, 이 때 마블칩이 모노머 흡수율이 지나치게 클 경우, 마블칩의 비중이 과도하게 낮아져 슬러리를 경화하는 과정에서 상부로 떠올라 상부 면에 마블칩이 많고, 하부에는 적은 현상이 발생하기도 한다. 여러 제조사에서는 상기의 단점을 극복하기 위하여, 인조대리석 슬러리의 주요 성분의 조성을 변경하여 슬러리의 점도를 증가시키거나, 점도를 증가시키는 첨가제 등을 사용하여 인조 대리석을 제조하기도 한다. 그런데, 이 경우 상/하부 면의 마블칩 분포 차이를 줄이거나 분포를 동일하게 할 수는 있지만, 고 점도로 인한 공정 운전이 까다로워지거나, 또한 첨가제의 사용으로 인해 제조 원가가 상승한다는 단점이 있다. 점도에 무관하게 마블칩이 침강되지도 않고, 상부로 뜨지도 않아 전체적으로 마블칩의 분포가 일정하게 유지하기 위해서는 메틸메타아크릴레이트를 모노머로 사용하는 아크릴계 인조대리석에서 마블칩의 비중이 적정 수준이 되어, 모노머를 마블칩 중량의 10 % 흡수하는 경우 인조대리석 슬러리의 비중과 유사 수준이 되어야 한다. 따라서, 본 발명자들은 상기의 문제점을 극복하기 위하여, 비중과 모노머 흡수율이 일정하도록 조절된 마블칩을 사용하고, 슬러리의 무기충전물 대비 마블칩의 무기충전물을 일정한 비율로 첨가함으로써, 마블 칩의 침강 편차가 없는 인조 대리석을 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 증점제 등의 첨가제를 사용하지 않고도 마블칩의 침강편차가 없는 인조 대리석을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상/하부 면이 동일한 마블칩 분포를 갖는 인조 대리석을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의해 모두 달성될 수 있다. 이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.
본 발명의 마블칩의 침강 편차가 없는 인조 대리석은 (A) 아크릴 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 무기 충전물 120 내지 200 중량부, 가교제 2 내지 10 중량부 및 개시제 0.1 내지 10 중량부로 이루어진 인조대리석 슬러리 100 중량부; 및 (B) 아크릴 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 무기 충전물 100 내지 150 중량부, 가교제 2 내지 10 중량부 및 개시제 0.1 내지 10 중량부로 이루어진 마블 칩 5 내지 70 중량부로 이루어지고, 상기 인조대리석 슬러리의 무기충전물 혼합비는 마블칩의 무기 충전물 혼합비에 비해 20 내지 50 중량부가 많은 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명의 각 성분을 하기에 상세히 설명한다. 아크릴 수지 시럽 본 발명의 아크릴 수지는 라디칼 중합성 모노머로서, 구체적인 예로 메타 아크릴산, 메틸 메타 아크릴레이트, 에틸 메타 아크릴레이트, 이소 프로필 메타 아크릴레이트, n-부틸 메타 아크릴레이트, 2-에틸 헥실 메타 아클릴레이트와 같은 단량체에 이들의 중합체인 폴리아크릴레이트가 용해되어 있는 시럽이다. 상기 아크릴 수지 시럽은 아크릴 단량체의 함량이 65 중량% 이상이고, 아크릴 중합물 함량이 35 중량% 이하인 것이 바람직하다. 가교제 본 발명의 가교제는 다 관능성 메타 아크릴레이트가 사용되며, 구체적인 예로는 에틸렌 글리콜 디 메타 아크릴레이트, 프로필렌 글리콜 디 메타 아크릴레이트, 글리세롤 트리 메타 아크릴레이트, 트리메틸 프로판 트리 메타 아크릴레이트 및 비스페놀 A 디 메타 아크릴레이트를 들 수 있다. 상기 다 관능성 단량체는 아크릴 수지 시럽 100 중량부를 기준으로 0 내지 30 중량부로 첨가하며, 바람직하기로는 2 내지 10 중량부이다. 특히, 마블 칩에 첨가된 다 관능성 단량체의 함량이 2 중량부 이하일 경우 짧은 시간에 쉽게 모노머를 흡수하게 되어 일정량의 모노머를 흡수할 수 있도록 조절하기가 어려우며, 10중량부 이상이면 쉽게 모노머를 흡수하지 않아 모노머 흡수율 조절은 용이하나, 마블칩의 경도가 높아 제품의 물성을 취약하게 한다. 무기 충전물 본 발명의 무기 충전물은 탄산칼슘, 수산화 알루미늄, 실리카, 알루미나, 수산화 마그네슘과 같이 당 분야에서 통상적으로 사용되는 무기 분말 중 어느 것도 사용 가능하며, 1 내지 100 ㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 무기 분말 중 특히, 수산화 알루미늄은 투명하고 미려한 대리석 형상의 외관을 갖는 인조대리석을 제조 할 수 있다는 점에서 바람직하다. 본 발명의 무기 충전물의 혼합비는 아크릴 수지 시럽 100 중량부를 기준으로 마블칩에는 80∼200 중량부, 바람직하게는 100∼150 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한 인조 대리석 슬러리에는 아크릴 수지 시럽 100 중량부를 기준으로 무기 충전물이 100∼300 중량부, 더욱 바람직하기로는 120∼200 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서 무기 충전물의 혼합비는 마블칩 및 제품제조를 위한 슬러리의 비중을 결정하는 매우 중요한 항목이다. 따라서, 사용하고자 하는 제품의 무기 충전물의 혼합비를 고려하여 마블칩에 적정한 수준의 무기충전물 혼합비를 결정하여야 한다. 본 발명에서는 인조대리석 슬러리의 무기충전물 혼합비는 마블칩의 무기충전물 혼합비 대비 20∼50 중량부가 많도록 하는 것이 바람직하다. 인조대리석 슬러리와 마블칩의 무기충전물 혼합비 차이가 50 중량부 이상인 경우에는 공정 중에 마블칩의 비중이 인조대리석 슬러리 보다 가볍게 되어 마블칩이 상부로 뜨게 되며, 20 중량부 이하인 경우에는 마블칩의 침강 현상이 발생된다. 중합 개시제 본 발명의 중합 개시제로는 벤조일 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 부틸 하이드로 퍼옥사이드, 큐밀 하이드로 퍼옥사이드등의 과산화물 또는 아조비스이소부틸로니트릴과 같은 아조 화합물을 사용한다. 여기에 중합 속도를 빠르게 하는 유기 금속염이나, 유기아민과 같은 가속제를 사용할 수 있다. 상기 중합개시제의 함량은 아크릴 수지 시럽 100 중량부 기준으로 0.1∼10중량부가 바람직하다. 본 발명의 마블 칩은 아크릴 수지 시럽 100 중량부에 대하여, 무기 충전물 100 내지 150 중량부, 가교제 2 내지 10 중량부 및 개시제 0.1 내지 10 중량부를 혼합, 경화한 다음, 이를 햄머밀 타입의 파쇄기 또는 커터 타입의 파쇄기를 이용하여 파쇄한 후 다양한 크기의 채를 이용하여 0.1∼5mm크기로 분류한 것이다. 본 발명에서 마블 칩의 혼합비는 아크릴 수지 시럽 100 중량부를 기준으로 1∼150 중량부 더욱 바람직하기로는 5∼70 중량부가 바람직하다. 본 발명의 침강편차가 없는 인조 대리석은 상기로부터 제조된 마블 칩과 인조대리석 슬러리를 각각 제조한 후 성형 셀에 뿌린 다음 45∼120℃의 열풍 오븐에서 경화시켜 제조된다. 본 발명의 침강 편차가 없는 인조대리석은 인조대리석 슬러리의 점도를 상승시키지 않고 마블칩의 비중 및 모노머 흡수율을 일정하게 조절함으로써 인조대리석 슬러리의 점도 상승으로 인한 공정상 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 증점제나 기타 첨가제를 사용하지 않음으로써, 제조 원가를 상승시키는 문제점을 해결할 수 있다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허 청구 범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 실시예 실시예 1 (1) 마블칩의 제조 30 %의 폴리메틸 메타 아크릴레이트와 70 %의 메틸메타 아크릴레이트의 혼합물로 이루어진 메틸메타 아크릴레이트 시럽(이하, '수지 시럽'으로 칭함) 100 중량부, 수산화 알루미늄 100 중량부, 트리메틸 프로판 트리 메타 아크릴레이트 5 중량부 및 라우로일 퍼옥사이드 2 중량부를 혼합하여 마블칩 슬러리를 제조하여 300×600×15 ㎜의 유리 성형 셀에 뿌린 후 45℃ 열풍오븐에 넣고, 단계적으로 오븐의 온도를 100℃까지 올려 경화를 시켰다. 경화가 완료된 후 상온까지 냉각하고, 헴머밀 타입의 파쇄기를 이용하여 3∼5 ㎜의 직경이 되도록 파쇄하여 마블칩을 제조하였다. (2) 인조대리석 제조 25 %의 폴리메틸 메타 아크릴레이트와 85 %의 메틸메타 아크릴레이트의 혼합물로 이루어진 수지 시럽 100 중량부, 수산화 알루미늄 135 중량부, 트리메틸 프로판 트리 메타 아크릴레이트 5 중량부, 마블 칩 20 중량부 및 라우로일 퍼옥사이드 2 중량부를 30 분 동안 혼합하여 인조대리석 슬러리를 제조하고, 300×600×15 ㎜의 유리 성형 셀을 이용하여 상기 마블칩를 제조하는 방법과 동일한 방법으로 경화를 진행하였다. 경화가 완료된 후, 상온까지 냉각 된 인조 대리석 제품에서 상부면과 하부 면을 각각 2 ㎜두께로 연마하여 상/하부 면 표면에 관찰되는 마블칩의 분포를 비교하였으며, 상부 면과 하부 면에서 관찰되는 마블칩 수량은 표 1에 제시하였다. 실시예 2 마블칩 제조시, 수산화 알루미늄을 125 중량부로 하고, 인조 대리석 제조시 수산화 알루미늄을 150 중량부로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 인조 대리석을 제조하였다. 비교 실시예 1 마블칩 제조시 수산화 알루미늄을 130 중량부로 하고, 인조 대리석 제조시 수산화 알루미늄을 140 중량부로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 인조 대리석을 제조하였다. 비교 실시예 2 마블칩 제조시 수산화 알루미늄을 100 중량부로 하고, 인조 대리석 제조시 수산화 알루미늄을 180 중량부로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 인조 대리석을 제조하였다. 비교 실시예 3 마블칩 제조시 트리메틸 프로판 트리 메타 아크릴레이트를 15 중량부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 인조 대리석을 제조하였다. 비교 실시예 4 마블칩 제조시 트리메틸 프로판 트리 메타 아크릴레이트를 1 중량부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 인조 대리석을 제조하였다. 상기 실시예 1-2 및 비교 실시예 1-4에서 제조된 마블칩의 비중 및 모노머 흡수율을 표 1에 제시하였다. 상기 모노머 흡수율은 100 g의 마블칩을 메틸 메타 아크릴레이트가 충분하게 채워진 용기에 투입하여 30 ℃에서 30 분간 방치한 후 마블칩을 채로 걸러 표면의 메틸 메타 아크릴레이트가 제거될 때까지 기다린 후 마블칩의 중량을 측정하여 초기 마블칩 중량(100g)대비 메틸 메타 아크릴레이트의 흡수된 량을 계산한 것이다.
| 실시예 | 비교실시예 | | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 | | 무기충전물 혼합비 (1) | 35 | 25 | 10 | 80 | 35 | 35 | | 가교제 혼합비 (2) | 5 | 5 | 5 | 5 | 15 | 1 | | 상/하부 칩 비율 | 51 / 49 % | 47 / 53 % | 12 / 88 % | 77 / 23 % | 34 / 66 % | 81 / 19 % | | 마블 칩 비중 | 1.5702 | 1.6315 | 1.6427 | 1.5702 | 1.5359 | 1.5854 | | MMA 흡수율 | 10.4% | 9.8% | 9.75 | 10.2% | 3.7% | 26.5% |
(1) 제품 슬러리의 수산화알루미늄 첨가량 - 마블칩의 수산화알루미늄 첨가량 (2) 마블칩 수지 시럽 100 중량부를 기준으로 첨가된 트리메틸 프로판 트리 메타 아크릴레이트의 중량부 상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 마블칩의 수산화 알루미늄 혼합비가 적정량 보다 낮은 경우 마블칩이 상부로 뜨고, 수산화 알루미늄의 혼합비가 큰 경우는 과도하게 마블칩의 침강이 발생한 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 동일한 비중의 마블칩이라도 가교제의 혼합비가 높아 모노머 흡수율이 적정 수준보다 낮거나, 가교제의 혼합비가 낮아 과도하게 모노머를 흡수하는 경우에 마블칩이 상부로 뜨거나, 과도한 침강이 발생하는 것으로 나타났다.
본 발명의 마블칩의 침강 편차가 없는 인조 대리석은 비중 및 모노머 흡수율이 조정된 마블칩을 사용함으로써, 증점제 등의 첨가제를 사용하지 않고도 마블칩의 침강편차가 없고 상/하부 면이 동일한 마블칩 분포를 갖는 인조 대리석을 제공하는 발명의 효과를 갖는다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다. |
