KR0157720B1 - 유리를 주원료로 하는 소결소성체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리를 주원료로 사용하여 소결소성체를 얻는 것으로서, 특히 유리폐기재를 원료로 사용함으로써 유리폐기재의 유효한 활용을 도모하는 것이다.

본 발명에 관한 소결소성체는 유리를 주원료로 하여 이것과 벤토나이트 혹은 카올린과 같은 요업용 점토를 첨가하여 수분조절하고, 혼련하여 성형한 후, 소성함으로써 소결소성체로서 얻어진다.

Description

[발명의 명칭]

유리를 주원료로 하는 소결소성체 및 그 제조방법

[기술분야]

본 발명은 유리를 주원료로 사용하여 제조하는 소결소성체(燒結燒成體) 및 그 제조방법에 관한 것이다.

[배경기술]

종래, 병 등의 유리제품에서 불필요해진 것은 거의 폐기처분되어 그대로 버려져 왔으나, 최근, 환경을 보전하고, 자원을 유효하게 활용하기 위하여 사용이 끝난 제품의 회수를 도모하게 되어 이들 유리폐기재(材)를 재이용하는 방법이 적극적으로 검토되기에 이르렀다. 이들 사용이 끝난 병 등의 유리폐기재는 매우 대량으로 발생하기 때문에 들을 이용할 경우는 양적으로도 효율적으로 처리되는 것이어야 할 필요가 있다.

유리제품에 사용되는 유리에는 용도에 따라 여러가지 화학조성의 재료가 사용되고, 가령 소다석회유리, 연(鉛) 유리, 붕규산(硼硅酸) 유리 등이 사용되고 있다. 이들 유리재료의 성분조성에서 주요부를 점하는 것은 실리카로서, 소다석회유리는 70% 정도, 붕규산유리는 70% ∼ 80%정도, 연유리도 60% 정도 실리카 성분을 함유하고 있다.

그런데, 타일 등의 도자기 분야에서는 유약으로서 유리를 이용하는 예가 있다. 가령 프리트유(frit glaze) 등은 유리를 이용하여 유약을 만들어 타일 등의 소성체 표면의 장식으로서 사용하고 있다. 그러나, 이와같은 사용법은 대량으로 발생하는 폐기유리를 이용하는 방법으로는 사용량이 한정되어, 유효한 방법이라고 할 수 없다.

본발명자는 유리폐기재를 유효하게 이용하는 방법으로서 본발명을 개발한 것으로, 타일등의 도자기에 유리폐기물을 이용하여 적합한 소결소성체를 얻고자하는 것이다.

통상의 타일등의 도자기는 점토를 주원료로 하고, 여기에 도토(陶土), 골재를 첨가하여 제조한다. 타일 등의 도자기에서 사용하는 점토의 조성을 표시하면 이하와 같이 된다:

산화철(Fe₂O₃) 1.0% 이하, 알루미나(Al₂O₃) 15% 이상, 실리카(SiO₂) 70% 이상, 산화나트륨 (Na₂O) 0.5% 이하, 산화칼슘(CaO) 0.5% 이하 등.

이와 같은 점토재료는 실리카를 주성분으로 하고 있으며, 실리카 성분만을 보면 상기의 유리폐기재를 타일 등의 도자기 원료에 이용할 가능성은 어느 정도 판단된다.

그러나, 유리는 도자기에 비하여 융점이 상당히 낮고, 강도면에서 보면 점토재료를 소성하여 되는 소성체 보다 훨씬 낮다. 이 때문에 유리를 종래의 타일과 같은 건축용구조재로서 사용하는 것은 거의 현실적이 못되고, 이와 같은 구조재로서 사용하는 것은 종래 행해지지 않았다.

[발명의 개시]

본발명은 사용이 끝난 병 등이 종래 폐기처분되고 있는 유리폐기재를 유효하게 이용하는 것을 목적으로 하여 이루어진 것으로, 대량으로 생기는 유리 폐기재를 유효하게 사용함으로써 자원의 유효활용을 도모할 수 있음과 동시에 구조재 등을 이용할 수 있는 우수한 품질을 갖는 소결소성체를 제공함을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음 구성을 구비하고 있다.

즉, 유리를 주원료로 하고, 여기에 벤토나이트를 가하여 수분조정하고, 혼련하여 소정형상으로 형성시킨 후, 소성하여 이루는 것을 특징으로 한다.

여기서 소결소성체 원료로서 사용하는 유리는 사용이 끝난 병 등의 유리폐기재가 유효하게 이용될 수 있고, 여기에 벤토나이트를 가하여 소성함으로써 소결소성체로서 얻을 수 있다. 또한, 소결소성체 원료로서 유리를 사용할 경우는 유리를 분체상(粉體狀)으로 하여 벤토나이트와 혼합하여 사용하는 것이 양품을 얻는데 있어 적합하다.

또, 벤토나이트와 혼합하는 유리의 분량비는 그 비율을 크게함으로써 양적으로는 더욱 유효하게 활용될 수 있으나 일정한 품질의 소성체를 얻기 위해서는 분량비의 상한으로서 70∼75% 정도로 하는 것이 좋다.

벤토나이트는 유리재료와 혼합하여 소성함으로써 치밀한 소결소성체를 얻기 위하여 사용하는 것이다. 유리재료와 벤토나이트를 혼합하여 소성할 때는 단지 유리에만 의존하는 경우 보다 소성온도를 고온으로하여 행한다. 이에 따라 치밀한 소성체가 얻어진다.

본 발명에 관한 소성소결체는 강도면, 내구성 등의 점에서 우수한 제품으로서 얻을 수 있기 때문에 일반적인 구조용 건재, 가령 내외장용 타일, 바닥재 등으로 적합하게 이용할 수 있다. 또, 유리재료로서 유리폐기재를 사용하면 원재료로서 염가로 얻을 수 있고, 소성체 원료에 사용함으로써 폐기처분 되던 유리폐기재를 유효하게 이용할 수 있어 자원을 유효하게 활용할 수 있음과 동시에 환경보전에 크게 이바지할 수 있다.

[실시예]

이하, 유리를 윈료로 사용하여 소결소성체를 제조한 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예 1]

유리폐기재와 벤토나이트를 이하의 성분비로 혼합하여 원재료로 한다.

유리 폐기재 75중량%

벤토나이트 22중량%

물 3중량%

유리폐기재는 분체상으로한 것을 사용하고, 벤토나이트와 잘 혼합하고, 수분조절하여 혼련하여 타일형상으로 성형한 후, 1000℃에서 30분간 유지하여 소성하였다. 제품은 치밀한 소결소성체로서 얻을 수 있었다.

[실시예 2]

유리 폐기재와 벤토나이트를 이하의 성분비로 혼합, 혼련하여 성형후, 1000℃에서 30분간 유지하여 소성하였다. 유리폐기재는 분체상으로 하여 사용하였다.

제품은 치밀한 소결소성체로서 얻어졌다.

유리폐기재 70중량%

벤토나이트 27중량%

물 3중량%

또, 소결소성체 원료에 사용하는 유리폐기재 재질은 특별히 한정되는 것은 아니며, 사용이 끝난 병 등의 유리폐기물 외에 유리가공 공정에서 부차적으로 생기는 유리 분체등도 이용될 수 있음은 말할 나위도 없다.

또, 상기 실시예와 같이 유리를 소결소성체 원료로서 상당한 분량으로 혼입시켜서 사용할 경우, 특히 환원소성에 의한 경우에는, 벤토나이트만으로 소성할 경우에 나타나지 않는 요변양색조(窯變樣色調)가 소성체에 나타나는 경우가 있고, 이에 의해 특징 있는 소결소성체로서 제공하는 것이 가능하게 된다.

다음에, 상기 실시예 1의 방법에 의해 얻은 소결소성체의 샘플에 대하여 품질시험을 행한 결과를 표시한다. 샘플은 200 × 250 × 20mm의 블록상으로 소성한 것이다.

① 흡수율 (흡수시 질량 - 건조시질량)÷(건조시질량)

건조시질량 176.72g, 흡수시질량 176.79g 에서 흡수율 0.039%가 된다. 이 흡수율의 값은 평균치로, 제품에 따라 0.012%의 편차가 있었다.

흡수율비 5.0% 이하인 경우를 석기질(石器質) 이라 하고, 흡수율이 1.0% 이하의 경우를 자기질(磁器質) 이라 한다. 실시예의 소결소성체는 흡수율이 매우 낮아 완전한 자기질 제품이 된다.

② 내마모성

마모전질량 98.6321g, 마모후질량 98.6203g에서, 마모감량이 0.0118g 이 된다.

마모감량의 편차는 제품에 따라 0.0008g 이었다. JIS 규격에서는 바닥(床), 모자이크 타일용으로서의 규격은 마모감량이 0.1g 이하이다. 본 실시예의 소결소성체는 이 기준을 만족시킨다.

③ 굽힘강도

샘플에 하중을 걸어서 파괴하중을 측정하였던 바, 평균파괴 하중은 408kgf였다. 1cm 당의 하중으로 바꾸면 159.4N/cm 였다. 제품에 의한 편차는 1.2 였다.

JIS 규격에 의한 굽힘강도 규격은 내장벽용 : 12N/cm 이상, 내장바닥용 60N/cm 이상, 외장 160mm 이하: 80N/cm 이상, 외장 160mm 초과: 100N/cm 이상, 바닥용: 120N/cm 이상이다. 실시예의 소결 소성체는 모두 이들 기준을 만족하고 있다.

④ 내동해성(耐凍害性), 내약품성

10사이클의 동해성 시험결과, 이상은 발견되지 않았다. 또, 약 3%의 염산용액에 의한 내약품성 시험, 및 약 3%의 수산화나트륨용액에 의한 내약품성 시험에 있어서도 모두 이상은 발견되지 않았다.

이상과 같이 실시예의 유리폐기개를 원료로 사용하고 벤토나이트와 함께 혼련하여 소성해서 되는 소결소성체는 강도 등의 품질면에 있어서 우수한 특성을 갖는 것으로, 내외장등의 구조용 건재 등으로 널리 이용하기가 가능하다. 또, 상기 실시예의 샘플은 블록상으로 소성하여 이루어지지만 성형방법에 따라 각종 형상으로 형성할 수 있음은 물론이다. 성형에 있어서는 요업용 점토를 사용하는 종래의 성형법인 습식 압출성형 또는 건식 프레스성형이 이용될 수 있고, 또, 소성시에도 산화소성, 환원소성 어느쪽도 적용될 수 있다. 이와 같이 본발명 방법에 의한 소결소성체는 종래방법과 동일한 제조공정에 의해 얻을 수 있으며, 종래장치를 그대로 이용하여 제조할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 분체상으로 파쇄한 유리를 주원료로 하고, 여기에 벤토나이트를 첨가하여 수분을 조정하고, 혼련하여 제조한 성형용 원료를 소정형상으로 성형해서 950℃~1000℃의 소성온도에서 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리를 주원료로 하는 소결소성체.
2. 제1항에 있어서, 상기 성형용 원료가 상기 분체상으로 파쇄한 유리를 70~75중량%, 상기 벤토나이트를 30~25중량% 및 수분을 3중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 유리를 주원료로 하는 소결소성체.
3. 주원료로서 사용하는 분체상으로 파쇄한 유리에 벤토나이트를 첨가하여 수분을 조정하고 혼련하여 성형용 원료를 제조하고, 이 성형용 원료를 타일 등의 소정형상으로 성형하고, 성형품을 950℃~1000℃의 소성온도에서 소성하는 것을 특징으로 하는 유리를 주원료로 하는 소결소성체의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 성형용 원료가 상기 분체상으로 파쇄한 유리를 70~75중량%, 상기 벤토나이트를 25~30중량% 및 수분을 3중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 유리를 주원료로 하는 소결소성체의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리로서는 사용된 병 등의 유리폐기재를 사용하는 것을 특징으로 하는 유리를 주원료로 하는 소결소성체.
6. 제3항 및 제4항에 있어서, 상기 유리로서는 사용된 병 등의 유리폐기재를 사용하는 것을 특징으로 하는 유리를 주원료로 하는 소결소성체.