KR100408338B1 - 세라믹컬러조성물과유리시트제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내열성의 컬러 안료분말 5 중량% 내지 34 중량%, 비스무트형 유리분말 65 중량% 내지 94 중량%, 내화 충전재분말 0 중량% 내지 10 중량%, 그리고 붕소화물들과 규화물들로 이루어져 있는 군에서 선택된 적어도 하나의 첨가제 0.1 중량% 내지 20 중량% 를, 무기 성분들로서 함유하는 세라믹 컬러 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 세라믹 컬러 조성물과 유리 시트 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 자동차용의 세라믹 컬러 층을 갖춘 유리 시트가 널리 사용되어 왔으며, 그 제조 방법은 페이스트형의 세라믹 컬러 조성물을 자동차의 창 유리 주변을 따라 스크린 프린트 (screen printing) 하고, 그 다음에는 유리 시트를 구부리기 위해 가열하는 단계에서 건조시키고 구워 말리는 것이었다.
그러한 세라믹 컬러 페이스트는 유리 시트의 주변부를 따라 구워 말리면 컬러 불투명의 층 (colored opaque layer) 이 된다. 이것은 불투명 층에 의해, 우레탄 밀봉재(密封材, sealant) 가 자외선에 의해 그 품질이 점차적으로 떨어지는 것을 막아 주거나, 혹은 전열선 단자(端子) 가 차의 바깥 쪽에서 보이지 않게 해 주는 목적으로 사용된다.
그러한 목적의 조성물로서는, 기초 재료인 저(低)-용융점의 비(非)-결정질 유리나 결정화형의 유리 ( 대개는 납을 주성분으로 함유함) 에 각종 내열성 컬러 안료를 혼합한 것이 알려져 있다. 그러나, 주로 사용되던 납-함유의 재료에 대해서는, 예를 들어 재생 이용의 관점에서 납을 전혀 함유하지 않는 대체물질의 개발이 요망되고 있는 실정이다.
본 발명자들은 이전에 납을 전혀 함유하지 않는 박리성 (剝離性) 이 우수한 세라믹 컬러 조성물로서 비스무트형 재료를 제안한 바 있다 ( 일본국 공개공보 제 94-234547 호 및 미합중국 특허출원 제 08/314,290 호 ). 미합중국 특허출원 제 08/314,290 호는 또한 금속 Si 분말을 Bi 형 유리 분말에 첨가한 세라믹 컬러 조성물을 제안한 것이기도 하다. 그러나, 그러한 조성물은 금속 Si 분말의 첨가로 인해 약간의 황색을 띠는 경향이 있다.
앞서 제안된 재료는 기본적으로는 우수한 것이다. 그러나, 그것은 종래의 납(鉛) 형 재료와 비교하면, 유리 시트에 구워 말린 세라믹 컬러 페이스트를 갖는 유리 시트의 강도가 약간 뒤떨어지는 문제점이 있다는 것이 지금까지 분명해 졌다.
본 발명의 목적은 비스무트형의 유리분말을 함유하는 세라믹 컬러 페이스트를 유리 시트에 구워 말릴 때 유리 시트의 강도가 개선될 수 있는 세라믹 컬러 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 문제점의 해결을 위해 이루어진 것이며 내열성의 컬러 안료분말 5 중량% 내지 34 중량%, 비스무트형 유리분말 65 중량% 내지 94 중량%, 내화 충전재분말 0 중량% 내지 10 중량%, 그리고 붕소화물들과 규화물들로 이루어져 있는 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제 0.1 중량% 내지 20 중량% 를, 무기 성분들로서 함유하는 세라믹 컬러 조성물을 제공한다.
특히, 본 발명은 Bi2O3로서 계산하였을 때 유리 조성물이 25 중량% 이상에 해당하는 양의 비스무트를 함유하는 상기 세라믹 컬러 조성물을 제공한다.
더 나아가, 유리분말의 조성이 주로 SiO210 중량% 내지 36 중량%, 산화 비스무트 25 중량% 내지 75 중량% ( Bi2O3로서 계산하였을때), B2O30 중량% 내지 25 중량%, Li2O 0 중량% 내지 15 중량%, Na2O 0 중량% 내지 15 중량%, K2O 0 중량% 내지 15 중량%, BaO 0 중량% 내지 19 중량% 그리고 TiO20 중량% 내지 10 중량% 로 구성되어 있는 세라믹 컬러 조성물을 제공한다.
더욱 더 나아가, 본 발명은 상기의 세라믹 컬러 조성물을 함유하는 세라믹 컬러 페이스트를 제조하고, 유리 시트 표면의 적어도 일부에 그 세라믹 컬러 페이스트를 코팅하여 세라믹 컬러 페이스트의 층을 만들며, 그리고 나서 가열ㆍ연소시켜 그 세라믹 컬러 층을 유리 시트 표면에 구워 말리는 단계를 포함하는, 세라믹 컬러 층을 갖춘 유리 시트의 제조 방법을 제공한다.
특히, 본 발명은 상기의 세라믹 컬러 조성물을 함유하는 세라믹 컬러 페이스트를 제조하고, 유리 시트 표면의 적어도 일부에 그 세라믹 컬러 페이스트를 코팅하여 세라믹 컬러 페이스트의 층을 만들고, 그 세라믹 컬러 페이스트 층의 적어도 일부를 덮어 씌우기 위해 실버 페이스트의 층을 만들며, 그리고 나서 가열ㆍ연소시켜 그 세라믹 컬러 층과 실버 층을 유리 시트 표면에 구워 말리는 단계를 포함하는, 세라믹 컬러 층을 갖춘 유리 시트의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 세라믹 컬러 조성물은 예를 들어 창문에 흔히 사용되는 유리 시트, 즉 68 중량% 내지 74 중량%의 SiO2, 0.5 중량% 내지 2 중량% 의 Al2O3, 7 중량% 내지 12 중량% 의 CaO, 2 중량% 내지 5 중량% 의 MgO 그리고 9 중량% 내지 15 중량% 의 Na2O 를 포함하는 조성을 갖는 소다 석회 실리카 유리 시트에 구워 말리는 데 특히 적합하다. 즉, 세라믹 컬러 조성물은 가열에 의해 유리판에 구워 말린다.
본 발명이 제공하는 세라믹 컬러 조성물에서, 무기 성분들은 내열성의 컬러 안료분말 5 중량% 내지 34 중량%, 비스무트-함유 유리분말 65 중량% 내지 94 중량%, 내화 충전재분말 0 중량% 내지 10 중량% 그리고 붕소화물들과 규화물들로 이루어져 있는 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제 0.1 중량% 내지 20 중량% 를 포함한다.
비스무트-함유 유리분말의 함량이 너무 적으면, 유리 시트를 구부리기 적당한 온도에서 세라믹 컬러 조성물을 유리 시트에 구워 말리는 일이 어려워진다. 반면, 그것이 너무 많으면, 내열성의 컬러 안료분말의 함량이 적어지는 경향이 있으며, 그로 인해 원하는 색 농도를 얻는 일이 어려워진다. 이 유리분말은 비스무트를 함유하고 있어서 아래에 설명될 첨가제와 협동하여 유리 시트의 강도를 개선시키는데 도움이 된다.
내열성의 컬러 안료분말의 함량이 너무 적으면, 원하는 색 농도를 얻는 일이 어려워진다. 더욱 바람직하게는, 함량은 7 중량% 이상이 되는 것이 좋다. 반면, 그것이 너무 많으면, 유리의 양이 적어지는 경향이 있으며, 그로 인해 유리 시트를 구부리기 적당한 온도에서 세라믹 컬러 조성물을 유리 시트에 구워 말리는 일이 어려워진다. 함량은 바람직하게는 30 중량% 이하인 것이 좋다. 그와 같은 내열성의 컬러안료로서는, 예를 들면, 주로 철 및 망간의 산화물들로 구성된 것, 주로 구리 및 크롬의 산화물들로 구성된 것, 또는 주로 코발트 및 크롬의 산화물들로 구성된 것 등이 언급될 수 있다.
내화 충전재분말은 필수적인 것은 아니다. 그러나, 이 내화 충전재분말을 혼입 (混入) 함으로써, 팽창 계수나 유동도 (流動度) 를 조절하는 것이 가능해진다. 그러므로, 그것은 바람직하게는 0.1 중량% 이상의 양으로 함유되는 것이 좋다. 내화 충전재분말의 함량이 너무 많으면, 유리 함량은 비교적 적어지는 경향이 있으며, 그로 인해 유리 시트를 구부리기 적당한 온도에서 세라믹 컬러 조성물을 유리 시트에 구워 말리는 일이 어려워진다. 그와 같은 내화 충전재로서는, 예를 들면, α-알루미나, α-석영, 지르콘, 코르디에라이트, 포르스테라이트, 티탄산 칼슘, 티탄산 스트론튬, 티탄산 바륨 또는 티탄산 비스무트 등이 언급될 수 있다.
본 발명의 세라믹 컬러 조성물을 사용하는 경우, 그것을 유리 시트에 구워 말리기 위한 연소의 단계에서, 상기의 첨가제는 비스무트-함유 유리와 협동적으로 작용하여 유리 시트의 강도를 개선하여 준다. 첨가제의 양은 바람직하게는 1 중량% 이상이 좋다. 그것이 너무 많으면, 구워 말린 후의 구조가 조잡한 것이 되기 쉬우며, 그로 인해 내(耐) 스크래치성이 낮아지는 경향이 있다. 이러한 관점에서, 양은 바람직하게는 15 중량% 이하인 것이 좋다.
그와 같은 첨가제는 붕소화물들과 규화물들로 이루어져 있는 군에서 선택된 적어도 하나의 물질이다.
게다가 또한, 세라믹 컬러 조성물에, 착색제나 박리제 (剝離劑) 로서의 기타 금속도 0 중량% 내지 10 중량% 의 범위 내의 양에서 혼입될 수 있다. 이 양이 너무 많으면, 유리 함량이 비교적 적어지는 경향이 있으며, 그로 인해 유리 시트를 구부리기 적당한 온도에서 세라믹 컬러 조성물을 유리 시트에 구워 말리는 일이 어려워진다. 그와 같은 금속으로서는, 예를 들면, Ni, Sn, Ti, Mn, Fe, Cu, Ag, La, Zr, Co, Mo, Cr 또는 Ce 등이 언급될 수 있다.
본 발명의 붕소화물들은 특별히 제한되어 있는 것은 아니며, 예를 들면, 붕소화 지르코늄, 붕소화 크롬, 붕소화 텅스텐, 붕소화 몰리브덴 그리고 붕소화 티탄 등을 포함한다. 그 중에서도, 붕소화 지르코늄이 유리 시트의 강도 개선에 아주 효과적이다. 마찬가지로, 규화물들도 특별히 제한되어 있는 것은 아니며, 예를 들면, 규화 마그네슘, 규화 칼슘, 규화 코발트, 규화 몰리브덴, 규화 철 그리고 규화 티탄 등을 포함한다. 규화물이나 붕소화물을 첨가제로서 사용하는 경우, 그 양은 바람직하게는 1 중량% 이상, 15 중량% 이하인 것이 좋다.
그와 같은 규화물이나 붕소화물의 합성 또는 순도에 대하여는 특별한 제한은 없다. 그러나, 입자 크기가 작으면 작을수록, 유리 시트 강도의 개선 효과는 높아진다. 따라서, 평균 입자크기는 바람직하게는 최대 30 ㎛ 인 것이 좋다.
비스무트-함유 유리는 바람직하게는 비스무트 함량이, BiO, Bi2O3등등을 Bi2O3로서 계산하였을 때, 25 중량% 이상인 것이 좋다. 그 중에서도, 다음의 조성을 갖는 것이 특히 바람직하다.
즉, 비스무트-함유 유리의 바람직한 조성은 주로 SiO210 중량% 내지 36 중량%, 산화 비스무트 25 중량% 내지 75 중량% ( Bi2O3로서 계산하였을 때), B2O30 중량% 내지 25 중량%, Li2O 0 중량% 내지 15 중량%, Na2O 0 중량% 내지 15 중량%, K2O 0 중량% 내지 15 중량%, BaO 0 중량% 내지 19 중량% 그리고 TiO20 중량% 내지 10 중량% 로 구성된다.
이들 성분들 중에서도, SiO2의 함량이 너무 적으면, 화학적 내구성(耐久性)이 낮게 되는 경향이 있다. 그 함량이 너무 많으면, 유리 연화점(softening point)이 너무 높게 되는 경향이 있으며, 그로 인해 유리 시트를 구부리기 적당한 온도에서 구워 말리는 일은 어렵게 될 것이다.
Bi2O3의 함량이 너무 적으면, 유리 연화점은 너무 높게 되기 쉽다. 반면에, 그것이 너무 많으면, 화학적 내구성이 낮게 되는 경향이 있으며, 그와 같은 것은 바람직하지 않다.
B2O3는 필수 성분은 아니다. 그렇지만, 그것을 0.1 중량% 이상의 양으로 혼입하는 경우, 유리의 용융 특성이 개선될 수가 있다. 그러나, 그것의 함량이 너무 많으면, 유리 시트를 구부리는 단계에서 벤딩 다이 (bending die) 에 들러붙기 쉽고, 박리성이 낮게 되는 경향이 있다.
Li2O, Na2O 및 K2O 는 필수 성분들은 아니다. 그렇지만, 그것들을 적어도 0.1 중량% 의 양으로 혼입하는 경우, 유리의 용융 특성을 개선시킬 수 있다. 그러나, 그 함량이 너무 많으면, 열 팽창 계수가 너무 크게 되는 경향이 있으며, 그로 인해 구부러진 유리의 강도는 낮게 되는 경향이 있다. 더욱이, 그것들의 총량은 바람직하게는 최대 15 중량% 인 것이 좋다. 그것들의 총량이 너무 많으면, 열팽창 계수가 너무 크게 되는 경향이 있으며, 그로 인해 구부러진 유리의 강도는 낮게 되는 경향이 있다.
BaO 는 필수 성분은 아니다. 그렇지만, 그것을 0.1 중량% 이상의 양으로 혼입하는 경우, 유리의 유동도를 개선시킬 수 있다. 그러나, 그것의 함량이 너무 많으면, 박리성 및 내산성 (耐酸性)이 낮게 되는 경향이 있다.
TiO2는 필수 성분은 아니다. 그렇지만, 그것을 0.1 중량% 이상의 양으로 혼입하는 경우, 유리의 화학적 내구성을 개선시킬 수 있다. 그러나, 그것의 함량이 너무 많으면, 유리의 용융 중에 불투명화(devitrification) 가 일어나기 쉽다.
위의 성분들 외에도, 이 비스무트-함유 유리는 유리의 균질성을 해치지 않는 범위에서, 반용융 온도, 화학적 내구성 혹은 열 팽창 계수를 맞추기 위해 Al2O3, La2O3, ZrO2, SnO2, MgO, CaO, SrO, ZnO, P2O5또는 CeO2등의 성분을 더 함유할 수 있다.
게다가 또한, 상기 분말들 각각의 중량 평균 입자 크기는 바람직하게는 0.1 ㎛ 에서 10 ㎛ 까지의 범위 내에 있는 것이 좋다. 중량 평균 입자 크기가 너무 작으면, 생산성이 실질적으로 뒤떨어지는 경향이 있고, 제품은 비싸게 되는 경향이 있다. 바람직하게는, 중량 평균 입자 크기는 1 ㎛ 이상인 것이 좋다. 반면, 그것이 너무 크면, 페이스트의 스크린 프린트 특성이 뒤떨어지는 경향이 있다. 따라서, 중량 평균 입자 크기는 최대 6 ㎛ 이다.
본 발명의 세라믹 컬러 조성물은 종래의 방법에 따라서 위의 무기 성분들의 미리 결정된 양과 유기 부형제를 균일하게 분산ㆍ반죽시켜 페이스트를 얻음으로써 제조된다. 유기 부형제는, 예를 들면, α-테르핀올, 아세트산 부틸카르비톨 또는 프탈산 에스테르 등의 용매에 에틸 셀룰로오스, 아크릴 수지, 스티렌 수지, 페놀 수지 또는 부티랄 수지 등과 같은 흔히 사용되는 중합체를 용해시킴으로써 제조되는 것이 될 수 있다.
본 발명의 유리 시트를 제조하기 위한 방법에서는, 페이스트로 만들어진 세라믹 컬러 조성물은 창 유리로서 흔히 사용되는 소다석회 실리카 유리 시트의 표면의 원하는 부분에서 스크린 프린트 등의 코팅 방법으로 코팅시킨다. 코팅될 부분은, 예를 들면, 자동차의 유리 시트의 경우에는 프런트 유리의 주변부, 사이드 유리의 주변부 혹은 리어 유리의 주변부이다. 그 다음에는, 그와 같은 세라믹 컬러 조성물이 코팅된 유리 시트를 건조시키고, 세라믹 컬러 프린트된 부분의 일부를 덮어 씌우기 위해 실버 페이스트층을 더 프린트하고, 건조시킨다. 그리고 나서, 유리 시트를 가열로 (加熱爐) 에 옮겨 가열시킨다. 이 가열을 위한 온도는 500 ℃ 에서 620 ℃ 까지의 범위 내에 있다. 이 온도에서는, 코팅된 세라믹 컬러 조성물이 유리 시트에 융합된다. 이 때, 유리는, 융합된 세라믹 컬러 조성물을 실버 페이스트와 함께 유리 시트에 구워 말릴 수 있도록, 600 ℃ 에서 700 ℃ 까지의 온도로 계속 유지시켜 준다. 그 다음에는, 종래의 방법에 따라서, 가열로에 갖추어져 있는 프레스장치 (press apparatus) 로 또는 진공 흡착 성형 장치 (vacuum adsorption forming apparatus) 나 자기 중력 벤딩 장치 (self gravity bending apparatus)와 같은 성형 장치 로 유리 시트를 굽힘가공 처리한다. 여기서, 프레스 장치나 진공 흡착 성형 장치의 다이는 보통 유리섬유포(布)로 덮인 스테인레스강으로 만들어져 있고, 이 유리섬유포에 의해서 유리 시트가 압축 성형되는 것이다.
이제, 본 발명을 실시예들에 관련하여 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 그와 같은 특정 실시예들에 본 발명이 제한되는 것은 결코 아님을 이해해 둘 필요가 있다.
실시예 1 ∼ 실시예 12 및 비교 실시예 1 ∼ 비교 실시예 25
표 1 에서 표 6 까지에 나타난 바와 같은 재료들을 준비ㆍ혼합하여 유리 조성물들 (단위 : 중량%) 을 얻었고, 그 다음에 1200 ℃ 에서 1500 ℃ 까지의 온도에서 용융ㆍ유리화하여 유리들을 얻었다. 이 때, 이들 유리 각각을 볼 밀 (ball mill) 로 분쇄하여 중량 평균 입자 크기가 2.5 ㎛ 정도인 유리 분말을 얻었다. 이 유리분말, 내열성의 흑색 안료분말[#9510, 다이니찌 세이까 가부시끼가이샤 (Dainichi Seika K.K.) 제조 ], 내열성 충전재 (알루미나) 그리고 각종 첨가제들 (규화물 또는 붕소화물) 을 표 1 에서 표 6 까지의 "페이스트 조성물" 란(欄) 에 나타난 바와 같은 중량비로 혼합하였다.
그리고 나서, 이 분말 혼합물 80 중량부에, 10 중량 % 의 에틸 셀룰로오스의 α-테르핀을 용액 20 중량부를 첨가ㆍ반죽하였다. 혼합물은 트리플 롤 밀로 균일하게 분산시켜 원하는 페이스트 점도 (粘度) 로 맞추어 주었다. 얻어진 페이스트형의 세라믹 컬러 조성물은 소다석회 실리카 유리 시트 (두께 : 3.5 mm, 크기 : 9 cm × 10 cm) 의 전(全) 표면에 걸쳐서 연소 후의 두께가 15 ㎛ 가 될 수 있게 스크린-프린트하였고, 그 다음에는 건조시켰다.
이 유리 시트를 650 ℃ 까지 가열하여 세라믹 컬러 조성물을 유리 시트에 구워 말렸다. 구워 말린 유리 시트는 프린트된 면이 아래로 향하게 하여 직경 100 mm 의 원통형 지그 (jig) 상에 고정시켰고, 유리 시트의 중앙부를 위로부터 압착하여, 그로부터 파괴 하중을 측정하였으며, 그 결과들은 표들에 나타나 있다. 그리고 또한, 비교 실시예들에서도, 실시예들에서와 똑같은 방식으로, 세라믹 컬러 조성물들을 제조하였으며, 그것들을 역시 똑같은 방식으로 유리 시트에 구워 말렸고, 파괴 하중을 측정하였으며, 그 결과들은 표 1 에서 표 6 까지에 나타나 있다.
표 1 에서 표 6 까지로부터 분명한 바와 같이, 규화물 또는 붕소화물이 혼입된 본 발명의 세라믹 컬러 조성물은 유리 시트상에서 구워 말렸을 때 유리 시트의 굽힘 강도를 현저히 개선한다. 더우기, 표 5 와 표 6 사이의 비교로부터 분명한 바와 같이, 구워 말린 후의 강도의 개선에 대한 첨가제들의 효과는 납형 유리와 배합한 경우에서 보다 비스무트형 유리와 배합한 경우에서 특히 효과적이다.
표 1
표 2
표 3
표 4
표 5
표 6
본 발명의 세라믹 컬러 조성물은 납을 전혀 함유하고 있지 않으며 소다석회 실리카 유리 시트의 베이킹 (baking) 후의 강도를 현저하게 향상시킨다.
Claims (5)
- 내열성의 컬러 안료분말 5 중량% 내지 34 중량%, 비스무트형 유리분말 65 중량% 내지 94 중량%, 내화 충전재분말 0 중량% 내지 10 중량%, 그리고 붕소화물들과 규화물들로 이루어져 있는 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제 0.1 중량% 내지 20 중량% 를, 무기 성분들로서 함유하는 세라믹 컬러 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 비스무트형 유리분말은 그 조성물에서 Bi2O3로서 계산하였을 때 25 중량% 이상에 해당하는 양의 비스무트를 함유하는 것을 특징으로 하는 세라믹 컬러 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 유리분말의 조성이 주로 SiO210 중량% 내지 36 중량%, 산화 비스무트 25 중량% 내지 75 중량% ( Bi2O3로서 계산하였을 때), B2O30 중량% 내지 25 중량%, Li2O 0 중량% 내지 15 중량%, Na2O 0 중량% 내지 15 중량%, K2O 0 중량% 내지 15 중량%, BaO 0 중량% 내지 19 중량% 그리고 TiO20 중량% 내지 10 중량% 로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 컬러 조성물.
- 세라믹 컬러 층을 갖춘 유리 시트의 제조 방법으로서, 제 1 항의 세라믹 컬러 조성물을 함유하는 세라믹 컬러 페이스트를 제조하고, 유리 시트 표면의 적어도 일부에 그 세라믹 컬러 페이스트를 코팅하여 세라믹 컬러 페이스트의 층을 만들며, 그리고 나서 가열ㆍ연소시켜 그 세라믹 컬러 층을 유리 시트 표면에 구워 말리는 단계를 포함하는, 세라믹 컬러 층을 갖춘 유리 시트의 제조 방법.
- 세라믹 컬러 층을 갖춘 유리 시트의 제조 방법으로서, 제 1 항의 세라믹 컬러 조성물을 함유하는 세라믹 컬러 페이스트를 제조하고, 유리 시트 표면의 적어도 일부에 그 세라믹 컬러 페이스트를 코팅하여 세라믹 컬러 페이스트의 층을 만들고, 그 세라믹 컬러 페이스트 층의 적어도 일부를 덮어 씌우기 위해 실버 페이스트의 층을 만들며, 그리고 나서 가열ㆍ연소시켜 그 세라믹 컬러 층과 실버 층을 유리 시트 표면에 구워 말리는 단계를 포함하는, 세라믹 컬러 층을 갖춘 유리 시트의 제조 방법.
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