KR100378670B1 - 글래스 비드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 글래스 비드의 제조방법에 관한 것으로, 각종 폐유리로 간단한 공정을 통해 균일한 입도와 높은 구형도를 갖는 글래스 비드의 제조가 가능하도록 한 글래스 비드의 제조방법 및 그를 이용한 도로시설물을 제공하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐유리를 고온으로 열처리하는 열처리단계와; 상기 열처리된 폐유리를 상온의 냉각수로 급냉시키는 급냉단계와; 상기 급냉시킨 폐유리를 파쇄하는 파쇄단계; 및 상기 파쇄된 유리를 입도에 따라 선별하는 선별단계로 이루어지는글래스 비드의 제조방법에 있어서, 상기 열처리단계가 폐유리를 500℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 고열로에 투입하여 5분 내지 15분간 열처리하는 것임을 특징으로 하는 글래스 비드의 제조방법을 제공한다.

Description

글래스 비드의 제조방법{The manufacturing method of glass bead}

본 발명은 글래스 비드의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 각종 폐유리로 간단한 공정을 통해 균일한 입도와 높은 구형도를 갖는 글래스 비드의 제조가 가능하도록 한 글래스 비드의 제조방법에 관한 것이다.

특히, 상기 제조된 글래스 비드는 도로의 미끄럼 방지공사에 이용되는 세골재나 슬러그의 대용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 고속도로의 중앙분리대, 교량상부의 안전난간벽, 터널내부의 콘크리트면 등과 같은 도로표시시설물에 적용할 수 있다.

일반적으로 도로상의 커브길, 지하주차장의 경사로, 고속도로의 경사지역을 비롯하여 지하철 건설공사중 개착구간에 임시로 설치되는 복공판위, 교차로 주변 및 경사로에 형성된 신호등의 정차선에서는 노면이 매우 미끄럽고, 특히 비나 눈에 의한 결빙으로 매우 미끄럽기 때문에 차량사고가 매우 빈번하게 발생되고 있는 것은 기지의 사실이다.

그에 따라 근래에는 상기한 문제점을 해소하고자 미끄럼방지(Non Slip)공사가 진행되고 있다. 상기 미끄럼방지 공사는 도로상의 커브길 및 역경사지역을 비롯하여 노면의 미끄럼 저항이 낮아진 곳, 도로의 평면 및 종단선형이 불량한 곳, 지하철 건설공사중 복공판 설치지역 등의 포장면에 그 미끄럼저항성을 높여주어 자동차의 제동거리를 확보함으로서 차량충돌을 미연에 방지함과 동시에 인명을 보호하고자 시행하는 것이다.

현재 도로상에는 세골재나 슬러그를 이용하여 미끄럼 방지시설공사가 일부 시행되고 있다. 그러나 상기 세골재나 슬러그는 강도가 매우 약할 뿐만 아니라 동절기에 살포되는 염화칼슘이나 산성비에 매우 취약하여 부식되거나 산화되어 자주 시공해 주어야하는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 상기 세골재나 슬러그는 재귀반사(retroreflection: 넓은 조사각에 걸쳐서 입사각의 광로와 대체로 같은 방향으로 반사광이 되도록아 오는 것)효과를 기대할 수 없어 야간에 노면표시 및 그형성지역을 제대로 파악할 수 없다는 문제점이 있다.

그에 따라 상기 세골재나 슬러그의 대체물질로 많이 고려되고 있는 것이 바로 분쇄된 폐유리이다. 특히, 상기 분쇄된 폐유리의 경우 세골재나 슬러그에 비하여 내마모성이 뛰어날 뿐만 아니라 내산성 및 내약품성에 강하므로 보다 장기간 사용할 수 있다는 이점이 있다. 그외에도 상기 폐유리는 재귀반사효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 높은 경도를 가지고 있어 일부에서는 상기 분쇄한 폐유리를 세골재나 슬러그의 대체물질로 활용하고 있다.

상기 유리를 분쇄하는 일반적인 방법은 수집한 폐유리를 각종 분쇄기를 이용하여 적당한 입도를 갖도록 분쇄하는 것이다. 그러나, 유리는 본질적으로 높은 경도를 가지고 있어 분쇄가 용이하지 않을 뿐 아니라 더욱이 균일한 입도를 갖도록 분쇄하는 것이 매우 어렵다는 문제점이 있다.

특히, 기존의 보편적인 파쇄방법을 이용하여 분쇄된 유리는 모서리 부분의 날카로움에 의하여 즉, 구형도가 매우 낮아 미끄럼방지공사에 사용할 경우 타이어의 손상을 가져오는 문제점이 있을 뿐만 아니라 충분한 재귀반사효과를 기대하기 위해서는 유리가 갖는 반사면이 손상되지 않아야 하므로 기존의 보편적인 파쇄나 분쇄방법이 아닌 새로운 방법이 요구되고 있다.

그에 따라 본 발명자는 균일한 입도를 갖을 뿐만 아니라 재귀반사효과를 기대할 수 있도록 한 폐유리를 이용한 글래스 비드의 제조방법을 연구한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서 본 발명은 각종 폐유리로 균일한 입도분포와 높은 구형도를 갖는 글래스 비드의 제조가 가능하도록 한 글래스 비드의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 글래스 비드의 제조공정도.

도2는 400℃에서 열처리 후 급속냉각시킨 폐유리의 형태변화를 나타낸 사진.

도3은 500℃에서 열처리 후 급속냉각시킨 폐유리의 형태변화를 나타낸 사진.

도4는 600℃에서 열처리 후 급속냉각시킨 폐유리의 형태변화를 나타낸 사진.

도5는 700℃에서 열처리 후 급속냉각시킨 폐유리의 형태변화를 나타낸 사진.

도 6은 글래스비드와 종래 세골재를 미끄럼방지시설에 적용한 후의 마모율을 나타낸 그래프.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

폐유리를 고온으로 열처리하는 열처리단계와; 상기 열처리된 폐유리를 상온의 냉각수로 급냉시키는 급냉단계와; 상기 급냉시킨 폐유리를 파쇄하는 파쇄단계; 및 상기 파쇄된 유리를 입도에 따라 선별하는 선별단계로 이루어지는글래스 비드의 제조방법에 있어서, 상기 열처리단계가 폐유리를 500℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 고열로에 투입하여 5분 내지 15분간 열처리하는 것임을 특징으로 하는 글래스 비드의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 하기한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 글래스 비드의 제조 공정도로서, 상기 도1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 글래스 비드의 제조 공정은 열처리 단계와, 급냉단계, 파쇄단계 및 선별단계로 이루어져 있다.

상기에서 열처리단계는 폐유리를 500℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 고열로에 투입하여 5분 내지 15분간 열처리하는 것이다. 이때 상기 폐유리의 열처리 온도는 폐유리의 조성에 따라 상기 온도범위내에서 유동적으로 변화될 수 있다. 상기한 온도범위에서 열처할 경우 열처리한 폐유리를 급냉시 유리 전체에 열적인 충격이 충분히 가해지게 되어 분쇄가 용이하게 된다. 따라서 유리전체에 충분한 열을 공급하기 위해서는 상기온도범위내에서 열처리하는 것이 바람직하다. 특히, 대부분의 폐유리의 유리전이 온도가 700℃ 전후에서 형성되므로 상기 폐유리가 700℃를 초과한 온도에서 열처리될 경우 유리의 용융현상으로 인하여 제조된 글래스 비드의 입도가 미세화되는 문제점이 있으며, 또한 폐유리를 500℃ 미만에서 열처리할 경우 유리 전체에 충분한 열공급이 이루어지지 않아 입자의 크기가 불균일 할 뿐만 아니라 제조된 글래스 비드의 모서리 부분이 날카로워지는 즉, 구형도가 낮아지는 문제점이 있다.

상기 열처리공정을 위한 장치로는 상기 온도를 유지할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 이용하여도 무관하다. 그러나 본 발명에서는 열처리공정에서 바로 냉각단계를 거칠수 있도록 로타리 킬른(rotary kiln)을 이용하여 열처리하였다. 즉, 호퍼에 폐유리를 넣고 바이브레이터(vibrator)를 이용하여 로안으로 폐유리가 연속으로 이동하게 한 다음 고열로 열처리하고 바로 급냉이 이루어질 수 있도록 하였다.

상기와 같이 폐유리를 열처리한 다음 급냉단계를 거치게 되는데, 본 발명에 의한 급냉단계는 상기 열처리단계를 거쳐 열처리한 폐유리를 상온의 냉각수로 급냉시키는 것이다. 이와 같이 냉각수를 이용하여 급냉시키게 되면 유리전체적으로 열충격에 의한 균열이 발생하게 되는데, 이와 같이 형성된 균열 의하여 파쇄단계에서 파쇄가 용이하게 된다. 즉, 파쇄단계를 거치기 전에 폐유리에는 이미 열충격에 의한 미세한 균열이 이루어진 상태로 작은 충격을 가하기만 해도 파쇄되게 되는 것이다. 이때 상기 냉각수의 바람직한 온도범위는 입도분포와 충분한 열충격을 위하여 10℃ 내지 50℃의 온도를 갖는 냉각수를 이용하는 것이 바람직하다.

또 상기와 같이 급냉단계를 거친 폐유리는 파쇄단계를 통해 파쇄하게 되는데, 이때 폐유리는 이미 급냉단계를 통해 미세한 균열이 형성된 1차 분쇄된 형태를 가지므로 약간의 충격만을 가해도 균일한 입도를 갖는 비드의 형태로 파쇄된다. 따라서 상기 파쇄용 분쇄기로는 약간의 충격을 가할 수 있는 다양한 종류의 분쇄기를 사용할 수 있다. 즉, 손으로도 파쇄가 가능하나 효율적인 측면을 고려할 때 분쇄기를 사용하는 것이 바람직하며, 이때 어떠한 분쇄기를 이용하더라도 매우 적은 에너지를 이용하여도 충분히 파쇄가 가능하게 된다. 또한 파쇄시 종래 폐유리분쇄시 발생하는 분진발생을 효과적으로 줄일 수 있으므로 기업의 작업환경 여건을 쾌적하게 유지시킬 수 있다는 이점이 있다.

상기와 같이 파쇄단계를 거쳐 파쇄된 글래스 비드는 원하는 목적에 맞는 입도를 가지는 비드로 선별하는 선별단계를 거치게 된다. 예로 세골재나 슬러그를 대체하기 위하여 입도가 30메쉬 이상인 비드를 선별하여 이를 사용할 수 있다. 또한 입도가 30메쉬 미만의 글래스 비드는 다른 용도로 이용가능하다.

특히, 고속도로 중앙분리대를 비롯하여 노면표시시설 등의 표면에 에폭시수지와 같은 결합재를 바르고, 여기에 상기 30메쉬 미만의 글래스 비드를 살포하여 침적시킬 경우 상기 글래스 비드의 재귀반사효과로 인하여 야간에도 중앙분리대를 명확하게 인지할 수 있어 교통사고의 발생을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 에폭시수지에 의하여 중앙분리대와 같은 콘크리트 구조물의 산성비에 의한 콘크리트 구조물의 부식방지등과 같은 효과를 볼 수 있다.

상기와 같은 열충격 방법을 이용하여 제조된 글래스 비드의 경우 다면체의 형상을 가지며 그 모서리 부분은 열충격과정에서 부드럽게 변화된다. 따라서 미끄럼방지공사의 세골재나 슬러그 대신 사용할 수 있다. 이때, 상기 글래스 비드의 경우 세골재나 슬러그에 비하여 내마모성이 뛰어날 뿐만 아니라 내산성 및 내약품성에 강하므로 보다 장기간 사용할 수 있다는 이점이 있다. 즉, 미끄럼방지공사에 상기한 방법으로 제조된 30메쉬 이상의 글래스 비드를 사용하고, 여기에 결합재와 발열재 등을 혼합하여 미끄럼방지시설을 형성할 경우 그 수명이 길어 장시간 사용할 수 있다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 하기 실시예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

국내에서 수거된 녹색의 폐소주병 15kg을 로타리 킬른(rotary kiln)의 호퍼에 투입하고, 바이브레이터를 이용하여 700℃의 로안으로 연속적으로 이동시킨 다음 10분간 열처리하고, 상기 열처리된 폐유리를 20℃의 냉각수로 급냉시킨 다음, 조오분쇄기를 이용하여 파쇄하여 글래스 비드를 제조하였다. 상기 제조된 글래스 비드의 입도를 하기 표1에 나타내었다.

<실시예 2>

녹색의 폐소주병 대신 투명 쥬스병류 15kg을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 실시하여 제조된 글래스 비드의 입도를 측정하여 하기표1에 나타내었다.

구분	입도분포
	30메쉬 이하	30메쉬 ∼ 10메쉬	10메쉬 ∼ 8메쉬	8메쉬 ∼ 3mm	loss
실시예 1	10%	19.33%	35.33	32.67%	2.67%
실시예 2	14.67	21.33	25.33	37.33	1.34

상기 표1에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 제조방법으로 제조된 글래스 비드의 경우 입도는 3mm 미만이며, 특히 대부분의 글래스 비드는 1mm 내지 3mm의 입도 분포를 갖는 것을 알 수 있다.

<실시예 3 내지 5>

상기 실시예2에서 로터리 킬른의 로온도를 400℃, 500℃, 600℃에서 실시하여 그 폐유리의 상태를 상기 실시예2의 유리상태와 함께 도2내지 5에 나타내었으며, 또한 모서리부분의 날카로움 정도를 판단하기 위하여 하기한 방법으로 구형도를 측정하여 그 결과를 표1에 나타내었다.

- 구형도 -

제조된 글래스 비드를 현미경으로 확대하여 입자의 공칭지름(D _p )와 한개 입자의 공칭 표면적(S _p ) 및 부피(V _p )를 측정하여 하기 수학식1에 따라 구형도를 산출하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

상기에서 Φ_s는 구형도를 나타내며, 완전구형입자의 경우 1이다. 따라서 구형도가 1에 가까울수록 모서리부분의 날카로움이 없어진것으로 판단한다.

<비교예 1 내지 2>

상기 실시예1 및 실시예2에 사용된 폐유리와 동일한 종을 열처리하지 않고 바로 조오분쇄기를 이용하여 분쇄한 다음 그 구형도를 측정하여 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

구분	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2
열처리온도	700℃	400℃	500℃	600℃	-	-
구형도	0.85	0.72	0.80	0.83	0.63	0.65

먼저 열처리 온도에 따른 유리변화 형태를 첨부한 도면을 참조하여 살펴보기로 한다. 도2는 400℃에서 열처리 후 급속냉각시킨 폐유리의 형태변화를 나타낸 사진이며, 도3은 500℃, 도4는 600℃ 및 도5는 700℃에서 열처리 후 급속냉각시킨 폐유리의 형태변화를 나타낸 사진이다.

상기 도2 내지 도5에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람직한 온도범위에서 열처리한 경우의 사진인 도3내지 도5는 유리의 균열이 비교적 도2에 비해 많이 형성되어 있으며, 도5로 갈수록 그 균열이 많은 것을 알 수 있다. 즉 이는 파쇄가 용이할 뿐만 아니라 입도분포가 균일하다는 것을 나타낸다.

그러나 도2의 경우 균열이 적고, 그에 따라 비교적 작은 입도를 갖도록 형성된 균열과 함게 비교적 큰 입도를 갖도록 형성된 균열이 보인다. 즉 입도조절이 용이하지 않음을 보여준다.

또한 온도에 따른 구형도를 상기 표2를 토대로 하여 살펴보면, 표2에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람직한 온도범위에서 실시한 실시예2, 실시예4 및 실시예5의 경우 구형도가 비교예1 및 비교예2에 비하여 상당히 높은 것을 알 수 있다. 즉 모서리 부분의 날카로움이 많이 부드러워진 것을 알 수 있다. 또 본 발명의 범위 미만인 400℃에서 열처리한 경우 구형도가 비교적 낮음을 알 수 있다.

상기 제조된 글래스 비드를 이용하여 미끄럼방지공사에 적용가능성 여부를 확인하기 위하여 하기한 실험을 하였다.

<실시예 6>

"도로안전시설 설치 및 관리지침"에 규정한 미끄럼방지포장방법에 따라 골재와, 상기 골재대신 실시예1 내지 실시예2 및 비교예1 내지 비교예2에서 제조한 글래스 비드를 사용하여 제조된 혼합물을 25cm×25cm의 철판위에 2cm의 두께로 포장하고 6시간 동안 건조하였다. 상기 건조된 미끄럼방지 포장시편을 왕복운동 마찰마모시험기(print Partner LTD, TE77)로 그 마모율을 측정하고 그 결과를 도6에 나타내었다.

도6에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 글래스 비드를 이용하여 제조된 포장시편인 실시예1 및 실시예2의 경우 골재를 이용하여 제조된 포장시편에 비하여 마모율이 현저하게 낮음을 알 수 있다. 또한 열처리를 하지 않은 비교예1 및 비교예2의 포장시편의 경우에 비하여 열처리한 실시예1 및 실시예2의 포장시편의 경우가 내마모성이 더 우수함을 알 수 있다. 따라서 열처리한 폐유리가 미끄럼방지 재료로서 충분히 사용될 수 있음을 의미한다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 각종 폐유리로 균일한 입도분포와 높은 구형도를 갖는 글래스 비드의 제조가 가능하도록 한 글래스 비드의 제조방법을 제공하는 유용한 발명이다.

따라서 상기 제조된 글래스 비드를 이용하여 미끄럼방지 공사를 할 경우 상기 폐유리가 높은 강도와 산화나 부식으로 인한 탈리현상을 방지함은 물론 유리의 재귀반사효과로 인하여 도로의 노면표시기능을 가추어 교통사고를 미연에 방지할 수 있다.

뿐만 아니라 고속도로의 중앙분리대를 비롯하여 교량상부의 안전난간벽, 터널내부의 콘크리트면 등과 같은 각종 노면표시시설에 이용할 경우 콘크리트구조물의 노화나 부식, 침삭으로부터 국가기관시설물을 보호함은 물론 재귀반사효과에 따른 교통사고를 미연에 방지할 수 있는 부수적인 효과가 있다. 또한 폐유리를 재활용함으로서 환경보호에 일익을 담당할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 폐유리를 고온으로 열처리하는 열처리단계와; 상기 열처리된 폐유리를 상온의 냉각수로 급냉시키는 급냉단계와; 상기 급냉시킨 폐유리를 파쇄하는 파쇄단계; 및 상기 파쇄된 유리를 입도에 따라 선별하는 선별단계로 이루어지는글래스 비드의 제조방법에 있어서, 상기 열처리단계가 폐유리를 500℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 고열로에 투입하여 5분 내지 15분간 열처리하는 것임을 특징으로 하는 글래스 비드의 제조방법.
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