KR101536001B1 - 반투명 또는 불투명 유리 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 종래의 침지 또는 침전 방식을 전혀 사용하지 않고 인쇄 방식만으로 유리를 제조하므로 자동화 설비를 사용할 수 있어서 생산성이 높으며, 실크 스크린 인쇄방법에 의해 유리 표면에 고르게 에칭이 이루어지므로 제품의 불투명 균일도를 높여 제품의 불량율은 낮추고 품질은 향상시킬 수 있으며, 1차 유성 잉크 인쇄와 2차 에칭용 수성 잉크 인쇄에 의해, 유리 표면에 섬세하고 다양한 디자인 패턴을 넣을 수 있는 반투명 또는 불투명 유리 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 반투명 또는 불투명 유리 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 침지 또는 침전방식을 전혀 사용하지 않고 인쇄방식만으로 반투명 또는 불투명 유리를 제조하므로 생산성이 높고 제품의 불투명 균일도를 높일 수 있으며, 유리 표면에 섬세하고 다양한 디자인 패턴을 넣을 수 있도록 한 반투명 또는 불투명 유리 제조방법을 제공하는 것이다.
일반적으로 유리라고 하면 대부분 투명성을 일차적으로 떠올릴 정도로 투명유리의 보급 및 사용은 매우 보편화되어 있다. 그러나, 상기 투명유리는 난반사, 질감 및 문양을 새기기 어렵다는 점과 접촉에 의해 이물질이 표면에 부착되기 쉽다는 점 때문에 반투명 또는 불투명 유리가 사용된다.
일반적으로 산업용 또는 인테리어용으로 사용되는 반투명 또는 불투명 유리는 일명 침지 또는 침전 방식(deeping)으로 제조되었다.
종래의 방식(deeping)은 판 유리 두 장을 겹치고 겹친 부분 사이로 약품이 침투하지 못하도록 테이프로 밀봉 작업을 한다. 다음으로, 이 유리를 부식 용액이 담겨 있는 탱크에 크레인을 이용하여 담근다. 그리고, 적정한 시간이 지나면 건져내서 세척을 하는 과정을 2~3회 반복한다. 이후, 재세척을 하고 건조하여 반투명 또는 불투명 유리로 생산하는 방식이다.
그러나, 상기 방식은 자동화가 어려워 대부분의 작업을 수작업으로 하기 때문에, 상기 부식 용액이 유리 표면에 급속하게 고착되어 에칭 후 약품이 유리 표면에 일부 잔존하게 되므로 유리 표면에 얼룩이 생기거나 반투명 또는 불투명 상태가 균일하지 못한 제품의 품질저하가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 부식 용액은 제조시 침전물이 발생한다. 따라서, 상기 침전물을 제거하는 공정이 필수적으로 요구되는 등 작업 공정이 복잡하고 번거로워지는 문제점이 있었다. 또한, 상기 침지 방식의 경우, 유리 표면에 섬세하고 다양한 디자인 패턴을 넣는 것은 매우 어렵기 때문에, 인테리어용 판유리 등으로 제작하는 경우 제품의 부가가치가 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 침지 방식의 문제점을 개선하기 위해, 국내공개특허 제2004-0087386호에, 얼룩과 불균일한 부식현상을 방지하기 위한 제조 방식이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술의 경우 반투명 또는 불투명 유리 제조 공정에서 여전히 침지 또는 침전 방식을 사용하며, 별도의 초음파 진동자를 구비하여 침전도 내 부식액 조성물의 흐름과 농도분포를 고르게 하는 작업이 필요하기 때문에 종래 침지 방식에 비해 작업성이 저하되며, 유리 표면에 섬세하고 다양한 디자인 패턴을 넣는 것이 여전히 어려운 문제점이 있었다.
한편, 종래의 침지 방식에 사용되는 부식 용액은 불화수소산, 질산, 염산, 인산 및 황산 등의 강산을 함유하는 물질로 이루어져, 상기 강산의 독성으로 인해 여러 가지 피해가 발생되었다. 예컨대, 상기 불화수소산, 질산, 염산, 인산 및 황산 등의 강산은 유리 표면을 부식시키는 공정 중에 다량의 가스를 발생시키며, 대량의 약품을 탱크에 넣어서 사용하되 혼합액의 농도를 맞춰야 하므로 약품의 공급이 연속하여 추가적으로 계속 이루어지기 때문에, 공정 후에 다량의 폐수를 남기기 때문에 환경 오염 유발 요인이 되었다. 이에, 최근 많은 나라에서 상기 강산의 사용이 제한되고 있는 실정이다.
또한, 상기 불화수소산, 질산, 염산 및 황산 등의 강산은 인체에 매우 치명적인 독성을 가지므로, 작업자의 인체에 미치는 폐해가 매우 크게 발생하였다. 예컨대, 상기 불화수소산이 작업자의 피부에 닿게 되면 극심한 통증을 유발 시키면서 피부의 조직을 손상시키거나 파괴시킬 수 있다. 또한, 작업자가 상기 불화수소산의 가스를 직접 흡입하게 되면 상기 불화수소산 가스가 목으로 침투되면서 말을 못하게 되거나 폐로 침투된 경우 폐수종을 일으킬 수 있으며, 심한 경우에는 상기 불화수소산의 가스가 간을 손상시켜 작업자를 사망에 이르게 할 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 종래의 침지 또는 침전 방식을 전혀 사용하지 않아 자동화가 용이하여, 생산성이 높고, 유리 표면에 고르게 에칭이 이루어지므로 제품의 불투명 균일도를 높일 수 있는 반투명 또는 불투명 유리 제조방법을 제공하는데 그 주된 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 유리 표면에 섬세하고 다양한 디자인 패턴을 넣을 수 있는 반투명 또는 불투명 유리 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 반투명 또는 불투명 유리 제조방법은,
유리 표면을 실크스크린 인쇄기를 사용하여 에칭용 수성 잉크로 인쇄하여, 상기 유리 표면을 에칭하는 단계; 상기 에칭 공정이 완료된 상기 유리 표면에서 인쇄된 에칭용 수성 잉크를 필터링된 세척수로 세척하여 제거하는 단계; 및 상기 세척 공정이 완료된 상기 유리를 스폰지롤러 및 열풍기로 2차례에 걸쳐 건조하는 단계; 를 포함하며, 상기 에칭용 수성 잉크는, 1 내지 3중량%의 물, 부식제, 점착제, 촉매제, 접착력 향상제, pH 조정제 및 수분율 조정제를 포함하며, 상기 부식제는 5 내지 15중량%의 플루오린화나트륨(sodium fluoride, NaF) 또는 불화암모늄(Ammouium Flouride, NH4F)이고, 상기 점착제는 3 내지 15중량%의 글리세린(glycerin, C3H8O3) 또는 카르복시메칠셀룰로스나트륨(Sodium Carboxymethylcellulose, Na-CMC)이고, 상기 촉매제는 3 내지 20중량%의 플루오르화칼슘(Calcium fluoride, CaF2) 또는 염화타이타늄(titanium chloride, TiCl2)이고, 상기 접착력 향상제는 5 내지 10중량%의 붕불산(Fluoroboril Acid, HBF4) 또는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)이고, 상기 pH 조정제는 5 내지 12중량%의 트리에탄올아민(Triethanolamine, C6H15NO3)이고, 상기 수분율 조정제는 5 내지 25중량%의 전분(starch)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 유리 표면을 에칭하는 단계 이전에, 상기 유리 표면 중 일부를 실크스크린 인쇄기를 사용하여 유성 잉크로 인쇄하고 건조하여 디자인 패턴을 형성하는 단계를 더 수행하며, 상기 반투명 또는 불투명 유리 제조용 잉크의 세척 및 건조 이후에, 상기 유리 표면에 인쇄된 유성 잉크를 박리하는 단계; 상기 유성 잉크가 박리된 상기 유리를 필터링된 세척수로 세척하는 단계; 및 상기 세척 공정이 완료된 상기 유리를 스폰지롤러 및 열풍기로 2차례에 걸쳐 건조하는 단계; 를 더 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 에칭용 수성 잉크는, 플루오린화나트륨(sodium fluoride, NaF)이 보관성 향상제로 기능할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 종래의 침지 또는 침전 방식을 전혀 사용하지 않고 인쇄 방식만으로 반투명 또는 불투명 유리를 제조하되, 제조시 강산을 전혀 사용하지 않고 제조되면서도 유리 표면을 반투명 또는 불투명하게 에칭시키는 기능은 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반투명 또는 불투명 유리 제조방법은, 자동화 설비를 사용할 수 있어서 생산성이 높으며, 실크스크린 인쇄방법에 의해 유리 표면에 고르게 에칭이 이루어지므로 제품의 불투명 균일도를 높여 제품의 불량율은 낮추고 품질은 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 1차 유성 잉크 인쇄와 2차 에칭용 수성 잉크 인쇄에 의해, 유리 표면에 섬세하고 다양한 디자인 패턴을 넣을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반투명 또는 불투명 유리 제조방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 사용되는 유리 제조장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 유리 제조방법에 사용되는 에칭용 수성 잉크의 제조과정을 나타낸 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 유리의 표면을 확대하여 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 사용되는 유리 제조장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 유리 제조방법에 사용되는 에칭용 수성 잉크의 제조과정을 나타낸 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 유리의 표면을 확대하여 나타낸 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반투명 또는 불투명 유리 제조방법은, 먼저 유리 표면을 실크 스크린 인쇄기(100)를 사용하여 에칭용 수성 잉크로 인쇄한다(S100). 상기 실크 스크린 인쇄 방식은 기존의 침전 방식과 달리 유리 표면 전체에 고르게 에칭용 수성 잉크가 도포되는 이점이 있다. 또한, 기존의 탱크에 수용된 침전액에 유리를 담그는 방식에 비해 사용되는 약품의 양을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
상기 유리 표면에 인쇄된 에칭용 수성 잉크는 상기 유리 표면을 부분적으로 에칭한다. 상기 에칭은 상기 에칭용 수성 잉크와 상기 유리의 일부 성분이 화학 작용을 일으켜 상기 유리의 일부 성분이 상기 에칭용 수성 잉크에 의해 부식되는 것이다. 즉, 상기 유리 성분 중 상기 에칭용 수성 잉크에 의해 부식된 부분과 상기 유리 성분 중 상기 에칭용 수성 잉크와 반응하지 않고 남아 있는 부분이 불규칙하게 생김으로써, 상기 유리 표면에 다수의 미세한 요철이 형성되어 전체적으로 유리 표면이 굴곡진 형태가 되는 것이다. 이렇게 상기 유리 표면에 굴곡이 형성되면 해당 부분에서 빛이 통과하지 못하거나 적어도 일부는 투과되지 못하도록 하여 상기 유리 표면이 반투명 또는 불투명하게 보이게 된다.
상기 유리는 상기 유리 표면에 상기 에칭용 수성 잉크가 도포됨과 동시에 에칭이 시작되며, 이후 진행되는 세척 공정을 위한 세척기(200)로의 이동 중에도 상기 에칭용 수성 잉크에 의한 에칭은 계속하여 진행된다. 따라서, 상기 유리 표면에 에칭용 수성 잉크를 도포함과 동시에 상기 실크 스크린 인쇄기(100)에서 세척기(200)까지 이동되는 속도, 즉 에칭되는 시간을 조정하여 상기 유리 표면에 진행되는 에칭 상태 및 깊이 등을 적절히 조정할 수 있으며, 상기 유리의 불투명도를 조정할 수 있다.
일 예로서, 상기 에칭용 수성 잉크는, 물, 부식제, 점착제, 촉매제, 접착력 향상제, pH 조정제 및 수분율 조정제를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 에칭용 수성 잉크는 약품을 용해시키기 위한 초기 혼합제로서 1 내지 3 중량%의 물을 교반기에 붓고, 여기에 점착제로서 3 내지 15중량%의 글리세린 또는 카르복시메칠셀룰로스나트륨과 접착력 향상제로서 3 내지 15중량%의 글리세린 또는 카르복시메칠셀룰로스나트륨을 넣어 충분히 용해시킨다(S1).
다음으로, 여기에 부식제로서 5 내지 15중량%의 플루오린화나트륨 또는 불화암모늄과, 촉매제로서 3 내지 20중량%의 플루오르화칼슘 또는 염화타이타늄을 투입하고 다시 교반해서 충분히 용해시킨다(S2). 상기 부식제를 점착제와 접착력 향상제를 먼저 용해시킨 후 투입하는 것은 상기 부식제의 경우 투입되면 가스를 발생시키므로 가스포집설비 하에서 작업해야 하기 때문이다.
다음으로, 여기에 pH 조정제로서 5 내지 12중량%의 트리에탄올아민을 투입하고 교반하여 용해시킨다(S3).
다음으로, 여기에 수분율 조정제로서 5 내지 25중량%의 전분을 투입하여 용액의 점도를 조절한 후 다시 교반하여 젤 타입으로 제조한다(S4). 이때, 상기 각각의 공정에서의 교반 온도는 교반이 잘 이루어질 수 있도록 히팅 장치를 이용하여 25 내지 30℃를 유지하며 진행하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 교반 온도가 30℃를 초과하면 상기 각각의 교반 과정 중 하나에서 용액이 젤리 형태로 변하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 교반 온도가 25℃ 미만이면 상기 각각의 교반 과정 중 하나에서 용액의 부식성이 최초 설계시와 달라지게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 젤 타입의 용액을 분쇄기로 미세 분쇄한다(S5). 상기 젤 타입으로 제조된 잉크는 상기 각각의 공정을 거치며 화학적인 작용으로 인해 전체적으로 고르지 못하고 알갱이 형태가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 에칭용 수성 잉크를 인쇄 방식으로 유리 표면에 고르게 도포하기 위해 상기 미세 분쇄 공정이 필요하다.
상기 에칭용 수성 잉크에서, 상기 부식제는 상기 에칭용 수성 잉크에 부식성을 제공한다. 즉, 상기 유리 표면을 불규칙하고 거칠게 부식시켜 유리 내측으로부터 유출되는 광선이 반사되어 빛의 투과가 80 내지 100% 차단되어 상기 유리가 시각적으로 반투명 또는 불투명하게 보이도록 하는 기능을 한다.
이때, 상기 부식제는 상기 유리 표면을 부식시켜 파이게 하는데 그 패인 깊이에 따라 상기 유리의 불투명도가 달라질 수 있다. 따라서, 상기 부식제의 성분이나 양을 조절하여 상기 유리 표면의 패인 깊이를 조절함으로써 상기 유리의 불투명도(또는 빛 투과율)를 작업자가 원하는 수준으로 조절할 수 있다.
또한, 상기 부식제는 5 내지 15중량%의 플루오린화나트륨(sodium fluoride, NaF) 또는 암모늄계 부식제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 불화암모늄(Ammouium Flouride, NH4F)을 사용할 수 있다.
상기 플루오린화나트륨은 유리 표면을 부식시키는 기능을 하며, 상기 불화암모늄은 유리 표면과 유리에 포함된 규소 화합물을 부식시키는 기능을 한다.
상기 플루오린화나트륨 또는 불화암모늄의 함량이 5중량% 미만인 경우, 상기 유리 표면에 에칭이 너무 엷게 이루어져 불투명도가 제대로 구현되지 못하며, 상기 유리 표면의 에칭 상태가 고르지 않아 얼룩 형태가 되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 플루오린화나트륨 또는 불화암모늄의 함량이 15중량%를 초과하는 경우, 상기 유리 표면에 에칭이 너무 깊게 이루어져 불투명도가 심화되면서 반투명 효과는 구현할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 플루오린화나트륨 또는 불화암모늄의 함량을 상기 5 내지 15중량%의 범위 내에서 조절하면 이러한 문제점을 갖지 않으면서 빛의 투과율이 80 내지 100%의 상이한 불투명도를 갖는 다양한 제품을 제조할 수 있다.
상기 점착제는 상기 에칭용 수성 잉크에 점착성을 제공하며, 상기 에칭용 수성 잉크를 약 8,000 내지 12,000 정도의 점성과 점도를 갖는 죽과 같은 형태로 만든다. 다만, 본 발명의 에칭용 수성 잉크의 점성과 점도는 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로 스크린 인쇄를 사용하는 경우 상기 점성과 점도는 상대적으로 높게 형성될 수 있으며, 훌로링 코팅을 사용하는 경우 상기 점성과 점도는 상대적으로 낮게 형성될 수 있다.
상기 점착제는, 상기 에칭용 수성 잉크가 스크린 인쇄기(100)를 사용한 스크린 인쇄가 가능하도록 안정된 분포도를 갖는 잉크 형태가 되도록 한다. 즉, 상기 점착제는 상기 에칭용 수성 잉크가 상기 유리 표면에 인쇄될 때 상기 유리 표면에 골고루 퍼져 도포 작업이 용이하도록 하며, 도포가 완료된 후에는 상기 반투명 또는 불투명 유리 제조용 잉크가 상기 유리 표면에 제대로 고착될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.
상기 점착제는 3 내지 15중량%의 글리세린(glycerin, C3H8O3) 또는 카르복시메칠셀룰로스나트륨(Sodium Carboxymethylcellulose, Na-CMC)을 사용할 수 있다. 상기 글리세린 또는 상기 카르복시메칠셀룰로스나트륨은 점도 조정제로 기능하며, 수용액의 점성을 조정하거나 일정 수준으로 유지하는 기능을 한다.
상기 글리세린 또는 상기 카르복시메칠셀룰로스나트륨의 함량이 3중량% 미만인 경우, 상기 에칭용 수성 잉크의 점성이 너무 낮아져 유리 표면이 전체적으로 동일한 밀도를 갖지 못하고 그 중 일부의 밀도가 다르게 되어 유리 표면이 전체적으로 불규칙하게 부식되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 글리세린 또는 상기 카르복시메칠셀룰로스나트륨의 함량이 3중량% 미만이면 점착성이 너무 낮아 부식이 뭉글뭉글하게 부식될 수 있다. 상기 글리세린 또는 상기 카르복시메칠셀룰로스나트륨의 함량이 15중량를 초과하는 경우, 상기 에칭용 수성 잉크의 점도가 너무 높아져 점성이 높아지면서 밀가루 반죽 형태와 같이 변하면서 굳어지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 촉매제는 상기 부식제에 상기 점착제와 같은 다른 첨가제를 혼합하여 점착성을 갖는 잉크 형태로 만드는 과정에서, 상기 부식제와 상기 점착제 간의 상호 결합이 잘 이루어지도록 하고, 상기 부식제와 상기 점착제가 혼합될 때 상호 이질적인 화학적 반응에 의해 부식성에 변화가 발생되는 것을 방지하는 기능을 한다. 또한, 상기 촉매제는 상기 부식제에 의해 유리 표면이 거칠게 부식될 때, 이러한 유리 표면이 보다 부드럽게 부식되도록 하는 역할도 할 수 있다.
또한, 상기 촉매제는 3 내지 20중량%의 플루오르화칼슘(Calcium fluoride, CaF2) 또는 염화타이타늄(titanium chloride, TiCl2)을 사용할 수 있다. 상기 플루오르화칼슘은 화학적 결합 촉매체의 기능을 하며, 상기 염화타이타늄은 촉매제로서의 기능을 한다.
상기 플루오르화칼슘 또는 상기 염화타이타늄의 함량이 3중량% 미만인 경우, 상기 에칭용 수성 잉크가 묽은 형태의 풀과 같이 변하게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 플루오르화칼슘 또는 상기 염화타이타늄의 함량이 20중량%를 초과하는 경우, 상기 에칭용 수성 잉크에 포함된 잉크 입자들이 고르게 분포되지 못하고 국부적으로 뭉치게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 액상의 부식제가 잉크 형태로 만들어지더라도 일정 수준의 접착력을 갖지 않으면 피도포물인 유리의 특성상 상기 에칭용 수성 잉크가 상기 유리 표면에 고른 피복 형태로 도포되지 않을 수 있다.
상기 접착력 향상제는 이러한 도포성 향상을 위한 것으로서, 상기 유리 표면에서 상기 에칭용 수성 잉크의 장력이 커지도록 하여 접착력을 향상시키는 기능을 한다. 따라서, 상기 에칭용 수성 잉크가 상기 유리 표면 전체에 골고루 일정하게 도포되면서 전체적으로 균일성을 갖는 불투명한 상태의 부식이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 접착력 향상제는 5 내지 10중량%의 붕불산(Fluoroboril Acid, HBF4) 또는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)을 사용할 수 있다.
상기 붕불산 또는 상기 폴리비닐 알코올은 상기 에칭용 수성 잉크가 일정 수준의 접착력을 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다. 또한, 상기 붕불산 또는 상기 폴리비닐 알코올은 상기 에칭용 수성 잉크가 일정 수준의 점착력 및 접착력을 유지할 수 있도록 하는 기능을 한다. 또한, 붕불산은 암모늄 계열과 만나면 결정체를 이루는 현상이 발견되기에 암모늄계의 첨가 여부에 따라 사용을 결정한다.
상기 붕불산 또는 상기 폴리비닐 알코올의 함량이 5중량% 미만인 경우, 상기 에칭용 수성 잉크가 상기 유리 표면에 물방울과 같은 형태로 부분적으로 응결되면서, 상기 에칭용 수성 잉크가 상기 유리 표면에 골고루 일정하게 도포되지 않을 수 있다. 또한, 상기 붕불산 또는 상기 폴리비닐 알코올의 함량이 10중량%를 초과하는 경우, 상기 에칭용 수성 잉크의 제조 비용이 크게 증가될 수 있다.
상기 pH조정제는 상기 부식제가 적정한 환경에서 부식 기능을 수행할 수 있도록 pH 농도를 적정 수준으로 유지시키는 기능을 한다. 본 발명에 사용되는 부식제는 약알칼리성에서 에칭 가공효과가 우수하므로, 상기 pH 조정제를 사용하여 상기 에칭용 수성 잉크의 pH 농도를 2.0 내지 4.0으로, 더 바람직하게는 3.0에 가깝게 조정하면 상기 부식제에 의한 상기 유리 표면의 에칭 효과가 최적화될 수 있다.
또한, 상기 pH 조정제는 위와 같이 조성물의 pH 농도를 2.0 내지 4.0 수준으로 맞추기 위하여 5 내지 12중량%의 트리에탄올아민(Triethanolamine, C6H15NO3)을 사용할 수 있다.
상기 pH 조정제의 함량이 5중량% 미만인 경우 상기 에칭용 수성 잉크의 pH가 적정 수준 보다 높아 부식제의 에칭 효과가 저하될 수 있다. 상기 pH 조정제의 함량이 12중량%를 초과하는 경우 상기 에칭용 수성 잉크의 pH가 적정 수준 보다 너무 낮아서 오히려 에칭 효과가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 상기 에칭용 수성 잉크는 수성 잉크 형태이므로, 공기 중에 노출시 형태가 변화게 되므로, 정해진 시간 동안은 일정하게 부식이 진행되도록 할 필요성이 있다. 상기 수분율 조정제는 이러한 정해진 시간 동안 일정하게 부식이 진행되도록 하기 위한 것이다. 또한, 상기 수분율 조정제는 상기 에칭용 수성 잉크의 수분 함수율 및 점도를 적정한 수준으로 조정하여 상기 에칭용 수성 잉크의 농도를 묽게 하거나 짙게 하여 스크린 인쇄기(100)와 같은 인쇄 방식에 적합한 최적의 잉크 특성을 갖도록 만드는 기능을 한다.
이때, 상기 수분 함수율은 점도와 상관이 있으므로, 앞서 점착제의 함량에 따라 상기 에칭용 수성 잉크의 점도를 8,000 내지 12,000으로 설정하면 수분 함수율도 이에 따라 조정이 이루어지므로, 상기 수분율 조정제의 함량은 상기 점착제의 함량을 고려할 필요가 있다.
상기 수분율 조정제는 5 내지 25중량%의 전분(starch)을 사용할 수 있다.
즉, 상기 에칭용 수성 잉크는 1차적으로 점성을 갖는 잉크 형태로 만들어지며, 상기 전분은 이러한 에칭용 수성 잉크에서 2차로 점도를 조절하는 점결제 역할을 하게 된다. 상기 전분은 상기 에칭용 수성 잉크의 수분 함수율을 조정하여 상기 에칭용 수성 잉크의 점도가 인쇄 설비에 따라 적정한 수준으로 유지될 수 있도록 하여 상기 에칭용 수성 잉크가 그 역할을 원활히 수행할 수 있도록 한다.
상기 전분의 함량이 5중량% 미만인 경우 상기 에칭용 수성 잉크의 수분 함수율이 너무 높고 점도는 너무 낮아 상기 에칭용 수성 잉크가 마르지 않고 액상 상태로 계속 남아있는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 전분의 함량이 25중량%를 초과하는 경우 상기 에칭용 수성 잉크의 수분 함수율이 너무 낮아서 점도는 너무 높아 상기 에칭용 수성 잉크가 반죽 형태로 쉽게 굳어져 작업성이 현저히 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 에칭용 수성 잉크는 인쇄 설비에 따라 점도가 달라져야 한다. 예컨대, 실크 스크린 인쇄기의 경우는 스크리퍼 압력을 가해서 긁는 방식으로 인쇄가 이루어지므로 상기 에칭용 수성 잉크의 점도가 높아야 인쇄성이 향상되지만, 다른 예로서 커튼 코터(curtain coater)와 같은 장치를 사용하는 경우는 유리 표면 위에 살짝 잉크를 얹어 놓는 형태이므로 상기 에칭용 수성 잉크의 점도가 낮고 묽어야 상기 유리 표면에 고르게 인쇄가 될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에칭용 수성 잉크에서 상기 부식제를 제외한 다른 성분들은 대부분 식품이나 의약품 첨가물로 개발되므로 부패와 변질이 쉽게 이루어질 수 있다. 상기 부식제로서 사용되는 플루오린화나트륨은 세균의 효소작용 및 부패를 억제하는 방부 특성을 갖는 물질이다. 따라서, 상기 플루오린화나트륨의 성분이 보관성 향상제의 기능을 수행할 수 있다.
상기 플루오린화나트륨은 상기 에칭용 수성 잉크를 일정 기간 사용하지 않고 보관할 때, 화학적 또는 기타 환경적인 영향에 의해 상기 에칭용 수성 잉크에 포함된 여러 성분들의 변질 또는 부패가 발생하는 것을 방지하여 상기 에칭용 수성 잉크의 점도, 부식성 등의 특성이 변하는 것을 방지하는 기능을 한다.
또한, 상기 플루오린화나트륨(sodium fluoride, NaF)은 바람직하게 8 내지 15중량%를 사용할 수 있다.
상기 플루오린화나트륨의 함량이 8중량% 미만인 경우 상기 에칭용 수성 잉크의 변질이나 부패를 방지하는 기능이 저하되어 효율성이 낮은 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 플루오린화나트륨의 함량이 15중량%를 초과하는 경우 상기 에칭용 수성 잉크의 변질이나 부패의 속도를 늦춰 보관성은 향상시킬 수 있으나, 제조 비용이 커지게 된다.
또한, 과잉 공급된 플루오린화나트륨이 타 성분과 화학적으로 반응하면서 상기 에칭용 수성 잉크의 특성이 저하되거나 변화되는 문제점이 발생할 수 있다. 예컨대, 상기 플루오린화나트륨의 성분이 많아 전체적인 약품의 혼합 비율이 본 발명의 수치 범위를 벗어나게 되면, 표면이 불규칙하고 거칠게 식각되어 유리의 표면 질감이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 에칭 공정이 완료된 상기 유리 표면에 인쇄된 에칭용 수성 잉크를 세척기(200)를 사용하여 제거한다(S200). 상기 에칭용 수성 잉크 제거 공정은 상기 유리를 세척수로 세척하여 진행할 수 있다. 이때, 상기 세척수는 세척기(200)의 급수 라인에 설치된 4단 필터 등을 통해 필터링될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 세척 공정이 완료된 상기 유리를 건조하여(S300) 도 4에 도시된 것과 같은 반투명 또는 불투명 유리를 완성한다. 상기 건조 공정은 스폰지 롤러 및 열풍기와 같은 건조장치(300)를 사용하여 2단계에 걸쳐 진행될 수 있다. 이후, 완성된 반투명 또는 불투명 유리의 흠이 있는지를 검수하여 최종 제품으로 생산하게 된다.
한편, 본 발명의 반투명 또는 불투명 유리 제조방법은, 필요시 유리 표면에 부분적으로 다양한 글자나 문양 등으로 이루어진 디자인 패턴을 적용하여 가공할 수 있다.
이 경우, 상기 유리 표면을 에칭하는 단계(S100), 즉 상기 유리 표면에 에칭용 수성 잉크를 인쇄하기 이전에, 상기 유리 표면 중 일부, 즉 작업자가 원하는 형상이 형성되고자 하는 부분을 실크 스크린 인쇄기(400)를 사용하여 유성 잉크로 인쇄할 수 있다(S400). 상기 유성 잉크 인쇄는 다양한 형태의 점 또는 선 처리 과정을 통해 작업자가 원하는 다양한 디자인 패턴으로 구현될 수 있다. 이렇게 유성 잉크가 인쇄된 유리는 상기 유성 잉크가 마를 때까지 건조장치(450)를 사용하여 건조 공정을 추가로 진행한다. 상기 유성 잉크 인쇄 공정은 이후 진행되는 에칭용 수성 잉크가 인쇄되는 부분과 인쇄되지 않아 에칭이 이루어지지 않을 부분을 구별해 주는 과정이다.
이후, 앞서 설명한 에칭용 수성 잉크를 상기 유성 잉크가 인쇄된 유리 표면에 덧입히는 인쇄(S100) 과정을 진행하여, 유리 표면의 에칭, 에칭용 수성 잉크를 제거(S200)하는 및 유리를 건조(S300)하는 공정을 동일한 방법으로 진행한다.
다음으로, 상기 에칭용 수성 잉크의 제거(S200) 및 유리의 건조(S300) 공정이 완료된 후, 상기 유리 표면에 인쇄되어 있는 유성 잉크를 사용된 유성 잉크에 적합한 약품을 사용하여 박리하여 제거한다(S500). 다음으로, 상기 유성 잉크가 박리된 상기 유리를 세척기(500)를 사용하여 필터링된 세척수로 세척한다. 이때, 상기 세척 단계는 앞서 설명한 반투명 또는 불투명 유리 제조용 잉크 제거 후의 세척 공정과 대동소이하므로 이에 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 세척 공정이 완료된 상기 유리를 건조장치(600)를 사용하여 건조한다(S600). 이때, 상기 유리 건조 단계(S600)는 앞서 설명한 에칭용 수성 잉크를 제거한 후의 유리를 건조하는 공정과 대동소이하므로 이에 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략한다. 이후, 완성된 반투명 또는 불투명 유리의 흠이 있는지를 검수하여 최종 제품으로 생산하게 된다.
한편, 상기 기술한 모든 공정들은 수작업으로도 가능하지만, 바람직하게는 각각의 단계로 이동 가능하게 설비된 자동화 설비를 이용할 수 있다. 상기 자동화 설비로서 예를 들어 현재 반도체 제작 등에 사용되고 있는 유리 에칭 설비를 적용할 수 있다. 따라서, 이러한 자동화 설비를 통해 제품을 대량으로 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 작업 후 유리 표면에 약품이 잔존하는 것을 방지하여 반투명 또는 불투명 유리 표면에 얼룩이 생기거나 불투명 상태가 균일하지 못한 문제점을 해소할 수 있어서 제품의 불량율을 줄이고 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 400 ; 스크린 인쇄기
200, 500 ; 세척기
300, 450, 600 ; 건조장치
200, 500 ; 세척기
300, 450, 600 ; 건조장치
Claims (4)
- 유리 표면을 실크 스크린 인쇄기를 사용하여 에칭용 수성 잉크로 인쇄하여, 상기 유리 표면을 에칭하는 단계;
상기 에칭 공정이 완료된 상기 유리 표면에서 인쇄된 에칭용 수성 잉크를 필터링된 세척수로 세척하여 제거하는 단계; 및
상기 세척 공정이 완료된 상기 유리를 스폰지롤러 및 열풍기로 2차례에 걸쳐 건조하는 단계; 를 포함하며,
상기 에칭용 수성 잉크는,
1 내지 3중량%의 물, 부식제, 점착제, 촉매제, 접착력 향상제, pH 조정제 및 수분율 조정제를 포함하며, 상기 부식제는 5 내지 15중량%의 플루오린화나트륨(sodium fluoride, NaF) 또는 불화암모늄(Ammouium Flouride, NH4F)이고, 상기 점착제는 3 내지 15중량%의 글리세린(glycerin, C3H8O3) 또는 카르복시메칠셀룰로스나트륨(Sodium Carboxymethylcellulose, Na-CMC)이고, 상기 촉매제는 3 내지 20중량%의 플루오르화칼슘(Calcium fluoride, CaF2) 또는 염화타이타늄(titanium chloride, TiCl2)이고, 상기 접착력 향상제는 5 내지 10중량%의 붕불산(Fluoroboril Acid, HBF4) 또는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)이고, 상기 pH 조정제는 5 내지 12중량%의 트리에탄올아민(Triethanolamine, C6H15NO3)이고, 상기 수분율 조정제는 5 내지 25중량%의 전분(starch)인 것을 특징으로 하며,
상기 에칭용 수성 잉크는, 상기 플루오린화나트륨이 보관성 향상제로 기능하는 것을 특징으로 하는 반투명 또는 불투명 유리 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 유리 표면을 에칭하는 단계 이전에, 상기 유리 표면 중 일부를 실크 스크린 인쇄기를 사용하여 유성 잉크로 인쇄하고 건조하여 디자인 패턴을 형성하는 단계를 더 수행하며,
상기 에칭용 수성 잉크의 세척 및 건조 이후에, 상기 유리 표면에 인쇄된 유성 잉크를 박리하는 단계; 상기 유성 잉크가 박리된 상기 유리를 필터링된 세척수로 세척하는 단계; 및 상기 세척 공정이 완료된 상기 유리를 스폰지롤러 및 열풍기로 2차례에 걸쳐 건조하는 단계; 를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 반투명 또는 불투명 유리 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 에칭용 수성 잉크는,
1 내지 3중량%의 물을 교반기에 붓고, 여기에 점착제로서 3 내지 15중량%의 글리세린 또는 카르복시메칠셀룰로스나트륨과, 접착력 향상제로서 5 내지 10중량%의 붕불산 또는 폴리비닐 알코올을 넣어 용해시키는 단계;
상기 점착제 및 접착력 향상제가 용해된 용액에 부식제로서 5 내지 15중량%의 플루오린화나트륨 또는 불화암모늄과, 촉매제로서 3 내지 20중량%의 플루오르화칼슘 또는 염화타이타늄을 투입하고 교반하여 용해시키는 단계;
상기 점착제, 접착력 향상제, 부식제 및 촉매제가 용해된 용액에 pH 조정제로서 5 내지 12중량%의 트리에탄올아민을 투입하고 교반하여 용해시키는 단계;
상기 점착제, 접착력 향상제, 부식제, 촉매제 및 pH 조정제가 용해된 용액에 5 내지 25중량%의 전분을 투입하고 교반하여 젤 타입으로 제조하는 단계; 및
상기 젤 타입의 용액을 분쇄기(Mill)로 미세 분쇄하는 단계; 를 포함하며,
상기 각각의 단계에서 교반 온도는 25 내지 30℃로 진행하여 제조되는 것을 특징으로 하는 반투명 또는 불투명 유리 제조방법.
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