KR101579512B1 - 소다석회유리 조성물 - Google Patents

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KR101579512B1 KR1020150059374A KR20150059374A KR101579512B1 KR 101579512 B1 KR101579512 B1 KR 101579512B1 KR 1020150059374 A KR1020150059374 A KR 1020150059374A KR 20150059374 A KR20150059374 A KR 20150059374A KR 101579512 B1 KR101579512 B1 KR 101579512B1
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Abstract

본 발명은 규사와 파유리로 구성되는 주재에 붕사, 안티몬과 같은 용해제와 수산화나트륨, 착색제와 기포제거를 위한 초석 등을 혼합하여 소다석회유리를 제조함으로써, 유리의 용융성이 우수하고 전이온도가 낮으며, 물리적 성질을 일정하게 유지시키는 특징이 있다.
특히, 본 발명은 주재료인 파유리를 규사의 대체제로 다량 사용하면서도 유리의 용융성이 우수하고 전이온도가 낮으므로 인해 주재료의 비용을 절감할 수 있어 유리의 제조비용을 낮출 수 있다.

Description

소다석회유리 조성물{Composition for soda lime glass}
본 발명은 소다석회유리 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 규사와 파유리로 구성되는 주재에 붕사, 안티몬과 같은 용해제와 수산화알루미나, 코발트와 같은 착색제와 기포제거를 위한 초석을 혼합하여 소다석회유리를 제조함으로써, 유리의 용융성이 우수하고 전이온도가 낮으며, 물리적 성질을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 소다석회유리의 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 소다석회유리는 Na2O-CaO-SiO2계를 기본으로 하여, 여기에 K2O, BaO, MgO, PbO, ZnO, Al2O3 등을 적당량 첨가하여 제조하는 것으로서, 이와 같은 소다석회유리은 판유리, 병유리, 식기용 유리 등에 폭 넓게 사용하고 있다.
그러나 다양하게 사용되는 소다석회 유리는 사용중에 깨어져 못쓰게 될 경우 폐기물로 처리되는 현상이 일반적이었으나 오늘날에는 깨어져 못쓰게 된 유리와 함께 불량유리, 유리 부스러기 같은 파유리를 유리 원료로 재활용하고 있다.
한편, 파유리의 사용량 증가를 위해 그동안 다양하게 연구 개발하여 특허출원한 내용을 살펴보면, 공개특허공보 제10-2010-0081777(2010.07.15)에 규사, 규석 또는 규사와 규석의 혼합물을 100 중량부로 하였을 때, TFT-LCD 파유리 3~24 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정디스플레이 유리기판의 파유리를 원료로 하는 소다석회규산염계 판유리, 병 및 식기유리 뱃지조성물이 알려져 있고, 등록특허공보 제 10-1445108호에 알카리 붕규산염계 내열유리 뱃지조성물에 있어서, 상기 뱃지조성물 중 규사 또는 규석 또는 규사와 규석의 혼합물 100 중량부에 대하여, 무알카리 알루미나 붕규산염계 박막트랜지스터 액정디스플레이 파유리 또는 폐유리가 2~20 중량부 함유됨을 특징으로 하는 무알카리 알루미나 붕규산염계 박막트랜지스터 액정디스플레이 파유리 또는 폐유리를 원료로 하는 알카리붕규산염계 내열유리 뱃지조성물이 알려져 있다.
그러나, 상기와 같이 TFT-LCD 파유리를 재활용하여 혼합물로 첨가할 경우 파유리의 사용범위가 한정되고 또한 원재료의 사용량에 비해 그 사용량도 소량 첨가하므로 인해 유리의 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 규사와 파유리로 구성되는 주재에 붕사, 안티몬과 같은 용해제와 수산화알루미나, 코발트와 같은 착색제와 기포제거를 위한 초석 등을 혼합함으로써, 유리의 용융성이 우수하고 전이온도가 낮으며, 물리적 성질을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 소다석회유리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 주재료인 파유리를 규사의 대체제로 다량 사용함으로써, 재료비를 크게 절감할 수 있어 유리의 제조비용을 대폭 낮출 수 있는 것을 특징으로 하는 소다석회유리 조성물을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 파유리 60~70 중량부와 규사 30~40 중량부로 이루어지는 주재 100 중량부에 대하여 소다회 5~7 중량부, 탄산바륨 3~5 중량부, 산화아연 0.5~1 중량부, 붕산 5~7 중량부, 초석 2~3 중량부 및 착색제 0.01~0.1 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에서 착색제는 수산화알루미나, 코발트, 셀레늄 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 착색제 0.009~0.07 중량부와 희토류산화물 0.001~0.03 중량부로 이루어지되, 상기 희토류산화물은 산화 테르븀, 산화 디스프로슘, 산화 홀뮴, 산화 에르븀 및 산화 이테르븀 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용한다.
그리고 본 발명은 주재 100 중량부에 대하여 용해제 5~10 중량부를 더 포함할 수 있으며, 상기 용해제 100 중량부에 대하여 붕사 40~60 중량부, 탄산칼륨 20~30 중량부, 탄산칼슘 15~25 중량부, 안티몬 4~7 중량부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 과제 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 소다석회유리 조성물은 주재료인 파유리를 규사의 대체제로 다량 사용하면서도 유리의 용융성이 우수하고 전이온도가 낮으며, 물리적 성질을 일정하게 유지시키면서 주재료의 비용을 크게 절감하여 유리의 제조비용을 낮출 수 있는 것에 특징이 있다.
상기 효과를 달성하기 위한 본 발명은 소다석회유리 조성물에 관한 것으로, 본 발명을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위 내에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 파유리 60~70 중량부와 규사 30~40 중량부로 이루어지는 주재 100 중량부에 대하여 소다회 5~7 중량부, 탄산바륨 3~5 중량부, 산화아연 0.5~1 중량부, 붕산 5~7 중량부, 초석 2~3 중량부 및 착색제 0.01~0.1 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 파유리는 깨어져 못쓰게 된 유리, 불량유리, 유리 부스러기와 같은 파유리를 세척하고 20mm 이하로 분쇄하여 철분을 제거한 것을 사용한 것으로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 60~70 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 파유리의 사용량이 60 중량부 미만일 경우에는 규사의 사용량 과다로 주원료의 비용이 증가하는 문제점이 있고, 파유리의 사용량이 70 중량부를 초과할 경우에는 유리 조성물의 용융속도가 빨라져 유리의 물리적 성질이 저하되는 문제점이 있다.
그리고 상기 파유리의 크기가 20㎜를 초과할 경우 유리를 용융할 때 노(furnace) 내에 투입된 비중이 가벼운 배치(batch)들은 노 표면으로 뜨게 되고, 큰 조각의 파유리는 노 아랫부분의 용융 유리 속으로 가라앉으므로 인해 서로 혼합되지 않아 다른 점도층을 형성시키게 되어 유리물의 균질성이 떨어지고 이로 인해 유리의 충격 파손율이 높아지는 원인이 된다.
본 발명에서 규사는 화강암 등이 풍화된 작은 알갱이로 이루어진 모래로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 30~40 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 규사의 사용량이 30 중량부 미만일 경우에는 규사의 사용량 저하로 유리의 물리적 성질을 유지하는데 어려움이 있고, 규사의 사용량이 40 중량부를 초과할 경우에는 유리 조성물의 용융온도 상승으로 경제적 비용이 많이 소요될 우려가 있다.
그리고 상기 규사는 특별히 한정하는 것은 아니고 소비자의 요구나 제조자의 필요에 따라 해안규사, 산규사, 인조규사 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 소다회는 유리의 표면으로 통과하는 빛으로부터 자외선을 차단하는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 5~7 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 소다회의 사용량이 5 중량부 미만일 경우에는 소다회의 사용량 저하로 유리의 표면으로 통과하는 빛으로부터 자외선을 완전히 차단하는데 어려움이 있고, 소다회의 사용량이 7 중량부를 초과할 경우에는 소다회의 사용량 과다로 유리의 표면으로 통과하는 빛으로부터 자외선은 차단할 수 있으나 다른 혼합물의 첨가량 저하로 유리 조성물의 물성이 저하될 우려가 있다.
그리고 상기 소다회는 1ℓ당 비중이 950~1250g의 범위를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 탄산바륨은 유리를 형성할 때 융점을 낮추어 유리의 성형성을 향상시키며, 유리의 웨더링 현상을 억제하는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 3~5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 탄산바륨의 사용량이 3 중량부 미만일 경우에는 유리 용융물의 융점이 높아져 유리를 성형할 때 성형성이 저하될 우려가 있고, 탄산바륨의 사용량이 5 중량부를 초과할 경우에는 유리 용융물의 융점이 낮아져 유리의 성형성은 향상시킬 수 있으나 다른 혼합물의 첨가량 부족으로 유리의 물성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에서 산화아연은 유리의 내화학성 및 내구성을 향상시는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 0.1~1 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 산화아연의 사용량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 유리의 전이점이 높아져 내구성 등이 저하될 우려가 있고, 산화아연의 사용량이 1 중량부를 초과할 경우에는 유리의 전이점을 낮추어 유리의 내구성 등은 향상시킬 수 있으나 사용량에 비해 그 효과가 미약하다.
본 발명에서 붕산은 유리 혼합물의 가교도를 높여 고온에서 유동성을 제어하며, 투명도를 증가시키는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 5~7 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 붕산의 사용량이 5 중량부 미만일 경우에는 유리 혼합물의 가교도가 낮아 고온에서 유동성이 증가되어 유리의 투명도가 저하될 우려가 있고, 붕산의 사용량이 7 중량부를 초과할 경우에는 붕산의 사용량 과다로 유리 혼합물에 백탁현상이 발생할 유려가 있다.
본 발명에서 초석은 유리의 표면에 광택을 나타내고, 융점을 낮추며, 용융물의 기포를 제거하는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 2~3 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 초석의 사용량이 3 중량부 미만일 경우에는 융점이 높아지고 융용물에 생성되는 기포를 완전히 제거하지 못할 우려가 있고, 초석의 사용량이 5 중량부를 초과할 경우에는 융점을 낮추고 융용물에 생성되는 기포는 완전히 제거할 수 있으나 사용량에 비해 그 효과가 미약하다.
그리고 상기에서 사용하는 초석은 질산나트륨(NaNO3 ) 및 질산칼륨(KNO3) 중에서 1종을 선택하여 사용한다.
본 발명에서 착색제는 유리의 색상을 발현하는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 0.01~0.1 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 착색제의 사용량이 0.01 중량부 미만일 경우에는 착색제의 사용량 저하로 유리의 색상을 발현하고자 하는 색상이 나타나지 않을 우려가 있고, 착색제의 사용량이 0.1 중량부를 초과할 경우에는 착색제의 사용량 과다로 발현하고자 하는 색상이 너무 강해 질 우려가 있다.
그리고 상기 착색제는 희토류산화물, 수산화알루미나, 코발트, 셀레늄 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용하는 것이 적합하지만 바람직하게는 수산화알루미나, 코발트, 셀레늄 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 착색제 0.009~0.07 중량부와 희토류산화물 0.001~0.03 중량부로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
상기에서 희토류산화물은 산화 테르븀, 산화 디스프로슘, 산화 홀뮴, 산화 에르븀 및 산화 이테르븀 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상기 유리 조성물의 주재 100 중량부에 대하여 용해제 10~15 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 용해제는 유리 혼합물을 용융할 때 유리의 정제 구역에서 연소하는 화염으로부터 용융된 유리로 복사열 전달을 향상시키고, 내화성 구조체의 과열을 최소화하여, 내화성 구조체로부터 용융된 유리로 열 전달을 높이는 것에 특징이 있는 것으로서, 그 사용량은 주재 100 중량부에 대하여 용해제 10~15 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 용해제의 사용량이 10 중량부 미만일 경우에는 유리의 정제 구역에서 연소하는 화염으로부터 용융된 유리로 복사열 전달이 떨어져 용융된 유리에 열 전달이 원활하게 이루어지지 않을 우려가 있고, 용해제의 사용량이 15 중량부를 초과할 경우에는 유리의 정제 구역에서 연소하는 화염으로부터 용융된 유리로 복사열 전달이 높아 용융된 유리에 열 전달은 원활하게 이루어질 수 있으나 사용량에 비해 그 효과가 미약하다.
그리고 상기 용해제는 용해제 100 중량부에 대하여 붕사 40~60 중량부, 탄산칼륨 20~30 중량부, 탄산칼슘 15~25 중량부, 안티몬 4~7 중량부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기에서 붕사는 유리 용융물의 열팽창계수를 저하시켜 유리의 성형성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 용해제 100 중량부에 대하여 40~60 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 붕사의 사용량이 40 중량부 미만일 경우에는 붕사의 사용량 저하로 유리 용융물의 열팽창계수가 높아질 우려가 있고, 붕사의 사용량이 60 중량부를 초과할 경우에는 유리 용융물의 열팽창계수는 저하시킬 수 있으나 다른 첨가물의 사용량 저하로 유리의 성형에 어려움이 우려된다.
상기에서 탄산칼륨은 유리 용융물의 투명도를 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 용해제 100 중량부에 대하여 20~30 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 탄산칼륨의 사용량이 20 중량부 미만일 경우에는 용융유리의 투명도가 떨어질 우려가 있고, 탄산칼륨의 사용량이 30 중량부를 초과할 경우에는 용융유리의 투명도는 보다 향상될 수 있으나 그 효과가 미약하다.
상기에서 탄산칼슘은 유리를 용융할 때 용융유리의 균질도를 높이는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 용해제 100 중량부에 대하여 15~25 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 탄산칼슘의 사용량이 15 중량부 미만일 경우에는 용융유리의 균질도가 떨어질 우려가 있고, 탄산칼슘의 사용량이 25 중량부를 초과할 경우에는 용융유리의 균질도를 보다 높일 수 있으나 사용량에 비해 그 효과가 미약하다.
상기에서 안티몬은 유리의 실투현상을 방지하고 열 팽창계수를 감소시키는 역할을 하는 것으로서, 그 사용량은 용해제 100 중량부에 대하여 4~7 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 안티몬의 사용량이 4 중량부 미만일 경우에는 용융유리의 실투현상이 발생할 우려가 있고, 안티몬의 사용량이 7 중량부를 초과할 경우에는 용융유리의 연화점이 상승할 우려가 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
하기 [표 1]의 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2의 유리 조성물 비율에 의하여 총 유리 조성물이 500g이 되도록 각 원료를 평량하여 혼합한 유리 조성물을 준비한 후, 700cc 백금도가니를 사용하여 1450℃에서 24시간 동안 용융시킨 다음 교반기로 용융유리를 균질화시켰다. 그리고 균질화시킨 용융유리를 550℃의 온도에서 판상으로 성형하여 1시간 30분 동안 유지시긴 후 상온까지 서서히 서냉시켜 유리를 제조하였다.
단위: 중량부
구 분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
주재료
 파유리 60 70 85 80
규사 40 30 15 20
소다회 5 7 5 7
탄산바륨 5 3 6 2
산화아연 0.5 1 0.5 1
붕산 7 5 7 5
초석 2 3 3 2

착색제		 수산화알루미나, 코발트, 셀레늄 혼합물1 ) 0.07 0.01 0.07 0.01
산화에르븀 0.001 0.003 0.003 0.001

용해제

 붕사 3 4 4 3
탄산칼륨 3 2 3 2
탄산칼슘 1 2 1 2
안티몬 0.5 0.3 0.5 0.3


특성

 Tm (℃) 1475 1480 1450 1448
Tw (℃) 1287 1295 1256 1248
Tliq (℃) 1126 1129 1058 1055
△T` (℃) 161 166 188 193
α (×10-7/℃) 782 784 796 792
주 1) 수산화알루미나, 코발트, 셀레늄 혼합물은 각각 1 : 1: 1로 혼합한 것이다.
상기에서 Tm은 청칭온도, Tw는 작업온도, Tliq는 액상온도, △T는 성형온도와 액상온도 간의 차이(Tw-Tliq), α는 25 ~ 400℃ 사이의 열팽창계수를 각각 의미한다.
상기 [표 1]에 따른 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2의 유리 특성을 살펴보면 다음과 같다.
상기 실시예 1 및 2의 경우 주재료인 파유리와 규사를 본 발명에서 요구하는 기준치 이내로 첨가함으로 인해 청징온도(Tm)는 1448~1450(℃)이고 작업온도(Tw)는 1287~1295(℃)인데 반해 비교예 1 및 2의 경우 파유리 80~85 중량부와 규사 15~20 중량부를 첨가함으로써, 청징온도(Tm)는 1475~1480(℃)이고 작업온도(Tw)는 1198~1256(℃)를 나타내어 실시예 1 및 2가 비교예 1 및 2에 비해 청징온도가 낮음에도 작업온도를 높게 유지할 수 있기 때문에 유리를 제조할 때 경제적인 청징 및 작업이 가능하다.
그리고 액상온도(Tliq)는 실시예 1 및 2에 의해 제조된 유리 조성물은 1126~1129℃인데 비해 비교예 1 및 2에 의해 제조된 유리 조성물은 1055~1058℃를 나타내어 실시예 1 및 2의 액상온도는 비교예 1 및 2에 비해 71℃ 높은 것으로 나타내었으며, △T는 실시예 1 및 2의 경우 161~166℃인데 비해 비교예 1 및 2의 경우 188~193℃를 나타내어 비교예 1 및 2가 실시예 1 및 2에 비해 27℃ 높은 것으로 나타났다.
또한 25 ~ 400℃ 사이의 열팽창계수 α는 실시예 1 및 2의 경우 2℃ 내에서 변동이 있는데 비해 비교예 1 및 2의 경우에는 4℃ 내에서 변동이 있어 열에 의한 유리의 충격은 실시예 1 및 2의 경우 비교예 1 및 2에 비해 증진되는 것으로 나타났다.
이상에서 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. 철분이 제거된 파유리 60~70 중량부와 규사 30~40 중량부로 이루어지는 주재 100 중량부에 대하여 소다회 5~7 중량부, 탄산바륨 3~5 중량부, 산화아연 0.5~1 중량부, 붕산 5~7 중량부, 초석 2~3 중량부와 붕사 40~60 중량부, 탄산칼륨 20~30 중량부, 탄산칼슘 15~25 중량부, 안티몬 4~7 중량부를 포함하는 용해제 5~10 중량부 및 착색제로서 수산화알루미나, 코발트 중에서 선택된 1종 또는 2종의 착색제 0.009~0.07 중량부와 희토류산화물 0.001~0.03 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소다석회유리 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 희토류산화물은 산화 테르븀, 산화 디스프로슘, 산화 홀뮴, 산화 에르븀 및 산화 이테르븀 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 소다석회유리 조성물.

  5. 삭제
  6. 삭제
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