KR101748499B1

KR101748499B1 - 장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물

Info

Publication number: KR101748499B1
Application number: KR1020150158805A
Authority: KR
Inventors: 윤석헌; 황우람; 안태욱; 고명상; 정현영; 김종규
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-06-19
Also published as: KR20170055713A

Abstract

본 발명은 장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물로서, 회장석 및 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 포함하며, 상기 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리의 함량이 회장석 100 중량부에 대해 5 내지 750 중량부인 뱃지 조성물을 제공한다.

Description

장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물 {Batch Composition for Preparing Long Glass Fiber}

본 발명은 장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회장석 및 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 원료로 사용하여 용융성이 우수하고 장섬유 유리의 적합한 조성을 제공할 수 있는 뱃지 조성물에 관한 것이다.

장섬유 유리는 고강도, 절연성, 불연성, 치수안정성, 내화학성 등의 특징으로 인해 여러 산업 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있으며, 그 중에서도 알루미나 붕규산염계 장섬유 유리는 무알칼리 유리라고 하는 "E-glass"로 분류되며, 전기적 특성 및 내풍화성이 우수하여 건축 자재 및 전기 절연 특성을 이용한 플라스틱의 강도 보강재로 사용되고 있다.

이러한 알루미나 붕규산염계 장섬유 유리는 RO-B₂O₃/Al₂O₃-SiO₂ (여기서, RO는 알칼리토금속 산화물임)가 주된 성분이며, 이들 성분이 적절한 조성으로 포함될 때 장섬유 유리의 용융성, 화학적 내구성, 내열성, 절연성 등의 특징을 부여할 수 있으며, 그 제조를 위한 원료 조성물을 보다 경제적인 측면에서 제공하고자 하는 시도들이 이루어지고 있다.

종래의 장섬유 유리는 이산화규소(SiO₂)와 산화알루미늄(Al₂O₃)의 주요 공급원(source)으로서 납석을 이용하여 제조되어 왔다. 납석의 국내 매장량은 타 광물에 비해 풍부한 편이나, 시멘트 부원료 용도의 저품위를 제외한 고품위의 납석은 날로 고갈되어 가고 있는 상황이며, 또한 납석은 용융되기까지 다소 오랜 시간이 걸리는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1305447호는 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이와 박막트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD) 패널에 사용하는 무알칼리 알루미나 붕규산염계 기판유리의 생산 공정에서 발생하는 파유리를 납석과 함께 원료로 사용한, 붕규산염계 로빙(roving) 섬유 유리의 뱃지 조성물을 개시하고 있다. 상기 특허는 얀(yarn)과 로빙(roving)으로 구별되는 장섬유 유리에 있어서 직경이 5~11㎛인 얀 섬유는 파유리 적용시 부싱(bushing) 성형기의 노즐이 막혀 섬유 인출이 안되거나 성형과정에서 섬유가 끊어져 생산성이 감소될 수 있어 제외시키면서, 직경이 15~30㎛의 굵은 로빙 섬유로 한정한 뱃지 조성물을 개시한 것이다. 상기 얀 섬유란 Z 방향 혹은 S 방향으로 꼬임을 준 유리섬유로 주로 직조 제품에 적용되며, 이러한 직경이 가는 얀 섬유까지 파유리를 적용하여 생산하기 위해서는 제조사별로 조성, 생산공정, 배합과정이 상이한 파유리의 철저한 조성분석, 입도 및 이물질 관리 등이 요구되고 있다. 특히, 파유리의 입도 관리를 통하여 뱃지 조성물에 투입되는 다른 원료들과의 용융 특성 차이로 인한 점도 분리 현상을 개선함으로써 다양한 직경을 가진 장섬유를 제조하는 것이 필요하다.

한편, 회장석은 납석에 비해 산화알루미늄(Al₂O₃) 함량이 높으면서도 이산화규소(SiO₂) 및 산화칼슘(CaO)이 풍부하고, LOI(loss on ignition)가 1% 이하이고 매장량이 풍부하여 안정적인 원료수급이 가능하나, 불순물의 함량이 높은 편으로 아직까지 유리 원료로서는 사용되지 못하고 있다.

따라서, 보다 경제적인 원료를 통해 불순물 없이 장섬유 유리를 제조하면서 그 성능을 향상시킬 수 있는 뱃지 조성물의 개발이 여전히 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1305447호

본 발명은 기존에 이용되었던 납석 대신 회장석을 이용하면서 입도 조절된 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 함께 사용하여, 무기 원료들의 사용량을 최소화하면서 직경이 가는 얀 섬유부터 로빙 섬유까지 다양한 직경을 갖는 장섬유를 제조할 수 있는 뱃지 조성물을 제공한다.

한편으로, 본 발명은 장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물로서, 회장석 및 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 포함하며, 상기 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리의 함량이 회장석 100 중량부에 대해 5 내지 750 중량부인 뱃지 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리는 10 내지 150㎛의 평균 입도를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 뱃지 조성물은 회장석 100 중량부에 대해, 규사 100 내지 185 중량부, 콜레마나이트 1 내지 73 중량부, 석회석 50 내지 240 중량부 및 생석회 25 내지 90 중량부를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 뱃지 조성물은 알루미나, 붕사 및 망초로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 알루미나는 회장석 100 중량부에 대해 21 중량부 미만의 함량으로 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 장섬유 유리가 전체 성분의 총 중량을 기준으로 SiO₂ 50 내지 65 중량%, Al₂O₃ 12 내지 16 중량%, B₂O₃ 0.1 내지 10 중량%, CaO 20 내지 25 중량% 및 MgO 0.1 내지 5 중량%를 함유할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 장섬유 유리는 Na₂O, K₂O 등과 같은 R₂O 성분을 1.5 중량% 미만으로 함유할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 장섬유 유리는 5 내지 30㎛의 직경을 가질 수 있다.

본 발명의 장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물은 기존에 활용되지 않았던 회장석과 함께 입도 조절된 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 사용하여, 장섬유 유리 제조시에 무기 원료들의 사용량을 최소화할 있고, 우수한 용융 특성을 나타낼 뿐만 아니라 직경이 가는 얀 섬유부터 로빙 섬유까지 다양한 직경을 갖는 장섬유를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 뱃지 조성물에 대한 1,350℃에서의 시간대별 용융 결과를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물은 회장석 및 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 포함하며, 이들 성분과 함께 규사, 콜레마나이트, 석회석 및 생석회를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리는 박막트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD), 발광다이오드(LED) 및 유기발광다이오드(OLED) 패널 등에 사용하는 무알카리 알루미나 붕규산염계 기판 유리의 상업적인 생산 공정에서 발생하는 파유리를 말하며, 일반적으로 SiO₂ 58 내지 64 중량%, Al₂O₃ 15 내지 20 중량%, B₂O₃ 1 내지 11 중량%, CaO 4 내지 10 중량%, MgO 0.1 내지 4 중량%, R₂O 0 내지 0.5 중량%, BaO 0 내지 5 중량%, SrO 0 내지 5 중량%, 및 기타 성분 0 내지 1.5 중량%의 조성을 갖는다.

이러한 조성의 파유리는 유리 형성에 필요한 B₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, CaO 등의 성분을 공급함으로써 유리 제조시에 사용되는 무기 원료들, 예컨대 고가의 원료에 속하는 콜레마나이트(회붕석) 뿐만 아니라, 규사 및 생석회 등의 사용량을 줄임으로써 뱃지 조성물의 제조 단가를 낮출 수 있다. 특히, 회장석이 보유하고 있는 높은 R₂O 성분으로 인해 회장석만의 사용에는 한계가 있으며 그에 따른 Al₂O₃성분을 보충하기 위한 추가적인 알루미나의 사용이 필요한데, 파유리의 사용으로 유리 조성 내에 Al₂O₃ 및 R₂O함량이 조절될 수 있다. 또한, 상기 파유리의 적용은 유리 조성 내에 Al₂O₃의 함량이 높아지더라도 일반 무기 원료 대비 공융(eutectic) 효과의 작용으로 보다 빠르고 안정적인 용융 완료 시간(batch free time)을 확보할 수 있어 유리의 균질화에 도움이 된다.

상기 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리는 회장석 100 중량부에 대해 5 내지 750 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 그 함량이 5 중량부 미만인 경우에는 소량의 사용으로 원료 탱크(silo)의 운영이 어렵고 경제적인 효과가 미비하며, 750 중량부를 초과하는 경우에는 뱃지 조성물내의 B₂O₃ 함량이 높아져 추가적인 뱃지 조성비 조절이 필요하여 실용적이지 못하다.

또한, 상기 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리는 150㎛ 이하의 평균 입도, 예컨대 10 내지 150㎛의 평균 입도를 가짐에 따라 다양한 직경의 장섬유 유리의 제조를 가능케 한다. 만약, 150㎛ 초과의 평균 입도를 갖는 파유리를 적용할 경우 용해로 내부에서 뱃지 조성물내 다른 성분들과의 용융특성 차이로 인한 점도분리(viscosity segregation) 현상이 발생하여 생산 수율이 현저히 저하될 수 있고, 부싱(bushing) 성형기의 노즐이 막혀 섬유 인출이 안되거나 성형과정에서 섬유가 끊어져, 특히 직경이 5~11㎛의 범위인 얀 섬유를 생산하기 어렵게 된다. 한편, 파유리를 10㎛ 미만의 평균 입도로 가공하여 적용하는 것은 경제적인 측면에서 불리할 뿐만 아니라 미분으로 인해 용해로 내에서 비산이 발생하여 사용이 어렵다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 회장석은 기존의 장섬유 유리 제조용 원료로서 사용되었던 납석을 대체할 수 있다. 사용하고자 하는 회장석은 회장석 원석을 파쇄, 분쇄, 자력 선별, 침출, 세척, 건조 및 미분쇄 등의 일련 정제 과정을 거친 후에 사용될 수 있다.

납석의 경우 70 내지 80%의 SiO₂ 및 15 내지 25%의 Al₂O₃ 와 함께 0 내지 1%의 CaO, 0 내지 1%의 MgO, 0 내지 1%의 Fe₂O₃, 0 내지 2%의 R₂O 및 0 내지 1%의 불순물을 함유한 반면, 회장석은 45 내지 55%의 SiO₂ 및 25 내지 35%의 Al₂O₃와 함께 10 내지 20%의 CaO, 0 내지 1%의 MgO, 1 내지 2%의 Fe₂O₃, 2 내지 6%의 R₂O 및 0 내지 1%의 불순물을 함유하고 있다. 따라서, 납석 대신 회장석을 장섬유 유리의 제조에 사용할 경우, 유리 조성 내에 요구되는 SiO₂ 및 Al₂O₃의 중량비를 맞추기 위해서는 추가적인 SiO₂의 공급원이 필요하며, 또한 회장석이 납석에 비해 다량의 R₂O 성분을 함유하고 있어 R₂O의 함량을 낮추는 것이 필요하다. 이를 위해, 본 발명의 뱃지 조성물은 상기 회장석과 함께 규사를 포함하여 부족해지는 SiO₂를 보충할 수 있으며, 유리 중의 R₂O 함량을 적절한 수준, 예컨대 1.5 중량% 미만으로 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 규사를 회장석의 사용에 따른 유리 조성의 변화를 조절하기 위해 사용하며, 상기 규사는 뱃지 조성물 중에 회장석 100 중량부에 대해 100 내지 185 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 규사의 함량이 100 중량부 미만인 경우에는 조성내 SiO₂가 부족해 유리의 강도가 약해지고, 185 중량부를 초과하는 경우에는 유리 조성내 SiO₂의 함량이 너무 높아 용융성 및 섬유화가 어려운 문제가 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 콜레마나이트(회붕석)는 제조하고자 하는 유리의 B₂O₃ 성분을 제공하기 위한 것이며, 뱃지 조성물 중에 회장석 100 중량부에 대해 1 내지 73 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 콜레마나이트의 함량이 상기 범위보다 작은 경우에는 유리 중의 B₂O₃ 의 함량이 부족해져서 용융성이 저하되고, 그 함량이 상기 범위를 초과하는 경우 유리의 강도가 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 석회석 및 생석회는 제조하고자 하는 유리의 CaO 성분을 제공하기 위한 것이며, 뱃지 조성물 중에 회장석 100 중량부에 대해 각각 50 내지 240 중량부 및 25 내지 90 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 석회석 및 생석회의 함량이 상기 범위보다 작은 경우에는 유리 중의 CaO 의 함량이 부족해져서 용융성이 떨어지고, 그 함량이 상기 범위를 초과하는 경우 유리의 실투온도가 올라가 결정화에 따른 섬유화에 어려움이 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 뱃지 조성물은 필요한 경우 알루미나, 붕사 및 망초로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

상기 알루미나는 회장석의 사용에 따른 유리 조성 내에 R₂O 함량을 조절하기 위해 사용될 수 있고 그 함량은 회장석 100 중량부에 대해 21 중량부 미만일 수 있으며, 상기 함량을 초과하는 경우 용융성을 저하시키게 된다.

상기 붕사는 회장석 100 중량부에 대해 40 중량부 미만으로 포함될 수 있으며, 상기 함량을 초과하는 경우 뱃지 조성물의 제조 단가를 상승시켜 바람직하지 않다.

상기 망초(Na₂SO₄)는 뱃지 조성물의 용융 과정에서 청징제(refining agent)의 역할을 하는 것으로, 용융 과정에서 분해하면서 가스를 발생시켜 미세한 기포들을 성장시키고, 이들을 표면으로 상승시키는 기포의 탈포과정을 가속화할 뿐만 아니라 유리 균질화에 도움을 주는 성분이다. 이러한 망초는 뱃지 조성물 중에 회장석 100 중량부에 대해 0 내지 3 중량부의 함량으로 포함될 수 있으며, 그 함량이 상기 범위보다 작은 경우에는 충분한 청징제의 효과를 발휘할 수 없고, 그 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 용해로 내의 거품(폼)층이 과량 발생하여 용융 효율이 저하되고 공기오염물질인 황산화물의 발생을 증가시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물은 회장석을 기존 유리 섬유의 원료인 납석 대신 사용하고, 폐기물로 처리되었던 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 사용하여 자원 활용면에서 의미가 있고, 장섬유 유리 제조시에 무기 원료들의 사용량을 최소화면서 우수한 용융 특성을 갖는 장섬유 유리의 E-glass 조성을 달성할 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 뱃지 조성물은 산업상 이용시에 용융 시간 단축을 통해 용융 에너지를 절감할 수 있으며, 용융 균질성으로 장섬유 유리의 품질 향상에 기여할 수 있다.

즉, 상기 뱃지 조성물을 용융한 후 용융된 유리를 균질화시킨 후 냉각하여, 장섬유 유리, 예컨대 붕규산염계 장섬유 유리를 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 장섬유 유리는 전체 성분의 총 중량을 기준으로 SiO₂ 50 내지 65 중량%, Al₂O₃ 12 내지 16 중량%, B₂O₃ 0.1 내지 10 중량%, CaO 20 내지 25 중량% 및 MgO 0.1 내지 5 중량%를 함유할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 장섬유 유리는 직경 범위가 5 내지 30㎛일 수 있으며, 예컨대 5 내지 11㎛인 얀 섬유 및 직경 범위가 15 내지 30㎛인 로빙 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 뱃지 조성물을 이용하여 제조할 수 있는 장섬유 유리의 성분 중에서, 상기 SiO₂는 유리를 형성하는 네트워크 구조 생성체 산화물로서, 유리의 화학적 내성을 증가시킬 수 있다. 그러나, SiO₂가 지나치게 높게 함유되는 경우 유리의 실투 특성이 나빠질 수 있으며, SiO₂가 지나치게 낮게 함유되는 경우 화학적 내성이 감소되고 밀도가 커진다. 따라서, SiO₂의 함량은 50 내지 65 중량%의 범위를 만족하는 것이 좋다.

또한, 상기 Al₂O₃ 는 유리의 고온 점도, 화학 안정성, 내열충격성 등을 증가시키며 변형점 및 영률 등을 높이는데 기여할 수 있다. 그러나, Al₂O₃가 지나치게 높게 함유되는 경우 실투 특성 및 화학적 내성을 떨어뜨리고 점도를 증가시킬 수 있으며, Al₂O₃가 지나치게 낮게 함유되는 경우 탄성 계수가 낮아질 수 있다. 따라서, Al₂O₃의 함량은 12 내지 16 중량%의 범위를 만족하는 것이 좋다.

상기 B₂O₃ 는 유리의 네트워크 구조 생성체 산화물로서, 유리의 용해 반응성을 좋게 하고, 실투성을 향상시키고, 화학적 내성을 좋게 하며, 밀도를 낮추는데 기여할 수 있다. 그러나, B₂O₃가 지나치게 높게 함유되는 경우 유리의 내산성이 떨어질 수 있고, 밀도가 높아지며 변형점이 낮아져 내열성이 열화될 수 있으며, B₂O₃ 가 지나치게 낮게 함유되는 경우 유리의 융해성 및 투과 손실에 대한 내성 등이 떨어질 수 있다. 따라서, B₂O₃의 함량은 0.1 내지 10 중량%의 범위를 만족하는 것이 좋다.

상기 CaO는 밀도를 낮추고 용융성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 그러나, CaO가 지나치게 높게 함유되는 경우, 밀도가 커질 수 있고 화학적 내성을 떨어뜨릴 수 있으며, CaO가 지나치게 낮게 함유되는 경우 상술한 CaO의 첨가로 인한 특성 향상 효과를 달성하기 어렵다. 따라서, CaO의 함량은 20 내지 25 중량%를 만족하는 것이 좋다.

상기 MgO는 CaO와 유사하게 밀도를 낮추고 용융성을 향상시키는데 기여할 수 있으며, 그 ?량은 0.1 내지 5 중량% 일 수 있다.

한편, 상기 장섬유 유리는 R₂O를 1.5 중량% 미만으로 함유할 수 있다.

상기 R₂O는 유리의 불순물로 간주되는 성분으로서 그 함량이 1.5 중량% 이상일 경우 유리의 전기절연 특성을 저해할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기한 바와 같이 유리 제조용 뱃지 조성물의 조성을 적절히 조절하여 R₂O의 함량을 미량으로 조절하였다.

이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3: 뱃지 조성물 및 장섬유 유리의 제조

뱃지 조성물을 제조하기 위해, 먼저 하기 표 1의 조성(단위: 중량%)을 갖는 무알칼리 알루미나 붕규산염계 LCD 파유리, 및 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성(단위: 중량%)을 갖는 회장석 및 규사를 사용하였다. 한편, 비교예 1에서는 회장석 대신 납석을 사용하였다.

	SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	CaO	MgO	R₂O	BaO	SrO	기타
파유리	58~64	15~20	1~11	4~10	0.1~4	0~0.5	0~5	0~5	0~1.5

	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	TiO₂
회장석	53	27.4	12.6	0.5	4.0	0.6	0.1
규사	98.7	0.7	-	-	-	0.2	-

그리고, 하기 표 3에 제시한 바와 같은 조성으로, 뱃지의 총 무게가 130g이 되도록 각 원료를 칭량 및 혼합한 후, 300cc(5㎝Φ, H: 15㎝) 용량의 알루미나 도가니를 이용하여 1,350℃에서 120분 동안 상기 혼합물을 용용하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2	비교예 3
납석	-	-	-	-	-	100.0	-
회장석	100.0	100.0	100.0	100.0	100.0	-	100.0	100.0
규사	154.2	114.2	111.9	137.6	180.3	0.0	188.2	180.3
콜레마나이트	72.6	55.3	39.8	27.0	1.3	15.1	0.0	1.3
석회석	57.5	55.2	85.1	137.7	236.6	39.69	251.5	236.6
생석회	27.2	27.6	37.9	55.1	87.6	21.11	92.9	87.6
알루미나	20.5	7.6	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
붕사	0.0	0.0	6.7	18.2	39.8	8.03	41.2	39.8
망초	0.0	0.9	1.3	1.8	2.9	0.51	4.1	2.9
LCD 파유리 (평균입도, ㎛)	7.9 (28)	79.6 (38)	218.7 (113)	397.7 (139)	743.0 (85)	66.3 (45)	798.2 (46)	743 (170)

이어서, 수득된 용융 유리를 균질화시킨 후, 상온에서 120분 동안 서서히 냉각시켜 장섬유 유리의 컬렛(cullet)을 제조하였다. 이와 같이 제조된 유리에 대해서 X-선 형광 분석 및 습식 분석을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2	비교예 3
SiO₂(%)	53.63	53.75	54.05	53.95	53.76	52.91	53.56	53.77
Al₂O₃(%)	13.30	13.31	13.13	13.22	13.29	13.97	13.29	13.28
B₂O₃(%)	7.21	7.21	7.27	7.28	7.30	7.22	7.30	7.28
CaO(%)	23.74	23.45	23.13	23.05	23.12	23.33	23.29	23.09
MgO(%)	0.75	0.90	1.05	1.13	1.19	0.93	1.20	1.18
Na₂O(%)	1.14	1.12	1.13	1.14	1.15	1.05	1.15	1.16
K₂O(%)	0.08	0.08	0.07	0.06	0.05	0.15	0.05	0.04

상기 표 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 회장석 대비 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 소정 함량으로 포함하는 뱃지 조성물로부터 제조된 실시예 1 내지 5는 R₂O 의 함량이 1.5 중량% 미만인 장섬유를 제조할 수 있었다.

한편, 상기 파유리를 과량으로 사용한 비교예 2의 경우에는 유리 조성내의 R₂0성분의 함량을 맞추기 위해 망초의 사용량이 늘어났으며, 이에 따라 뱃지 용융시에 거품(폼)층의 발생으로 용융 효율이 저하되고, 황산화물이 다량 발생하는 환경문제가 관찰되었다. 회장석 대신 납석을 사용한 비교예 1의 경우에는 직경이 15~30㎛인 로빙 섬유는 제조가 가능하였으나, 직경이 5~11㎛인 얀 섬유는 제조가 불가능하였다. 또한, 평균 입도가 170㎛인 파유리를 사용한 비교예 3의 경우에는 부싱(bushing) 성형기의 노즐이 막혀 섬유의 제조가 불가능하였다.

이에 반해, 실시예 1 내지 5에 따른 뱃지 조성물은 5~30㎛ 범위 내의 다양한 직경을 갖는 장섬유를 제조할 수 있음을 확인하였다.

실험예 :

(1) 용융 완료 시간 ( batch free time , BFT )

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 뱃지 조성물의 용융 특성을 파악하기 위해 1,350℃에서 30분, 60분, 90분, 120분 경과 후 각각 뱃지 조성물의 용융상태를 관찰한 후, 각 뱃지 조성물이 완전히 용융되는 시간을 측정하였으며, 그 중에서 실시예 1, 3 및 5와 비교예 1의 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1, 3 및 5와 비교예 1의 뱃지 조성물은 용융개시 120분 이후 완전히 용해되어 미용융물이 관찰되지 않았다.

(2) 용융 온도

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 뱃지 조성물의 용융시에 유리 점도가 100 포아즈(Ps)에 해당하는 온도 T_m(melting temperature), 및 장섬유 유리의 성형이 시작되는 구간으로서 유리 점도가 1000 포아즈(Ps)에 해당하는 온도 T_w(working temperature)를 측정하고, 이들 온도 사이의 구간으로서 장섬유 유리의 성형이 가능한 온도 구간 ΔT를 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2	비교예 3
T_m (100Ps)	1230.2	1230.7	1229.6	1230.5	1231.9	1230.8	1231.9	1232.1
T_w (1000Ps)	1133.3	1133.4	1131.0	1131.8	1133.3	1133.5	1133.3	1133.4
ΔT (T_m-T_w)	96.9	97.3	98.6	98.7	98.6	97.3	98.6	98.7

상기 표 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 용융 온도(T_m) 및 작업 온도(T_w)가 비교예 1 내지 3과 비교하여 최대 2℃ 이하로 거의 차이가 없으며, ΔT에 있어서도 큰 차이를 보이지 않아, 균등한 용융특성을 나타냄을 확인하였다.

이와 같이, 회장석과 함께 입도 조절된 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 포함하는 본 발명에 따른 뱃지 조성물은 장섬유 유리 제조시 무기 원료들의 사용량, 특히 알루미나의 사용량을 최소화하면서 우수한 용융 특성을 나타내며, 장섬유 유리에 적합한 조성을 제공할 수 있다. 또한, 산업상 이용시에 용융 시간 단축을 통해 용융 에너지를 절감할 수 있으며, 용융 균질성으로 장섬유 유리의 품질 향상에 기여할 수 있고, 다양한 직경을 갖는 장섬유를 제조할 수 있다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

장섬유 유리 제조용 뱃지 조성물로서, 회장석 및 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리를 포함하며, 상기 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리의 함량이 회장석 100 중량부에 대해 5 내지 750 중량부인 뱃지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 무알칼리 알루미나 붕규산염계 파유리는 10 내지 150㎛의 평균 입도를 갖는 뱃지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 뱃지 조성물은 회장석 100 중량부에 대해, 규사 100 내지 185 중량부, 콜레마나이트 1 내지 73 중량부, 석회석 50 내지 240 중량부 및 생석회 25 내지 90 중량부를 추가로 포함하는 뱃지 조성물.
제3항에 있어서, 상기 뱃지 조성물은 알루미나, 붕사 및 망초로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 추가로 포함하는 뱃지 조성물.
제4항에 있어서, 상기 알루미나의 함량은 회장석 100 중량부에 대해 21 중량부 미만인 뱃지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 장섬유 유리가 전체 성분의 총 중량을 기준으로 SiO₂ 50 내지 65 중량%, Al₂O₃ 12 내지 16 중량%, B₂O₃ 0.1 내지 10 중량%, CaO 20 내지 25 중량% 및 MgO 0.1 내지 5 중량%를 함유하는 뱃지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 장섬유 유리가 Na₂O 및 K₂O를 1.5 중량% 미만으로 함유하는 뱃지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 장섬유 유리가 5 내지 30㎛의 직경을 갖는 뱃지 조성물.