KR101814466B1 - 원적외선 방출특성과 미적향상을 겸비하는 유약 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소지의 표면에 코팅되는 유약에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 이산화규소(SiO2) 45중량%에 알루미나(Al2O3) 31.7중량%, 산화철(Fe2O3) 5.93중량%, 산화칼슘(CaO) 0.22중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.56중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.59중량%, 산화칼륨(K2O) 0.86중량%, 이산화티타늄(TiO2) 0.58중량%, 산화세륨(CeO2) 14.56중량%이 첨가된 혼합물이다.
이에 따라 본 발명은, 체에 유익한 원적외선을 방출함과 동시에 빛의 간섭 작용으로 아름다운 광채를 만들어내는 러스터 효과를 발현시켜 다양한 디자인과 우수한 심미감을 창출하여 전반적으로 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

원적외선 방출특성과 미적향상을 겸비하는 유약{Far-infrared emission characteristics and glaze that combines the aesthetic improvement}

본 발명은 소지에 도포되어 소성에 의해 표면을 코팅하는 유약에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인체에 유익한 원적외선을 방출함과 동시에 빛의 간섭 작용으로 아름다운 광채를 만들어내는 러스터 효과를 발현할 수 있는 유약에 관한 것이다.

통상, 유약이라 함은 요업 기술 분야에서 항아리 또는 도자기의 표면에 광택을 주기 위하여 도포되는 것으로서, 종래에는 장석, 규석, 석회석, 광명단, 활석, 골분, CMC등을 주성분으로 하고 여기에 소량의 색소를 첨가하여 제조되어 왔으나, 용융제로서 사용되는 광명단은 납 또는 산화납을 가열하여 얻어지는 것으로 중금속 물질인 산화 납 성분이 용출됨이 밝혀져 사용이 금지되었고, 최근에는 광명단의 대체 물질로서 망간 등의 금속 물질이 개발됨에 따라, 현재 사용되는 유약은 일반적으로 장석, 규석, 석회석, 점토, 고령토, 망간, 티탄, CMC 등으로 구성된다.

기존에 항아리 또는 도자기류는 장식용으로 사용되기도 하지만, 식기 또는 용기 등으로 사용되는 것이 일반적이었으나, 재료의 구입이 용이하지 아니하고 제작 공정이 복잡하며 대량 생산성이 낮은 관계로, 현대의 식기 또는 용기는 대부분 알루미늄제 또는 스테인레스제 식기 또는 용기가 사용된다. 그러나 오염된 환경속에서 바쁜 생활에 쫓기며 생활하는 현대인에 있어서, 점차적으로 건강 특히, 식생활에 있어서의 건강에 대한 의식 및 관심도가 점차 증대됨에 따라, 도자기제 식기 또는 용기가 갖는 고유의 성질에 따른 장점들이 부각되고 있다. 따라서 도자기제 식기 또는 용기의 제조에 있어서도 인체의 건강 증진을 목적으로 하는 경향으로 발전하게 되었고, 유약 또한 부응하도록 개발되어 왔다.

예컨대, 한국 공개특허공보 제10-1996-0030861호 "게르마늄을 주성분으로 하는 유약을 사용한 음식물용기의제조방법"을 제안하고 있다. 즉, 유약을 사용하는 음식물 용기는 보온성과 중금속 제거 능력 및 유해 분해 능력이 뛰어나며, 세제 없이 세척이 가능한 효과가 있다. 그러나 도자기는 일반적으로 초벌구이 후에 유약을 도포하고 나서 약 1270℃ 내지 1320℃의 온도에서 최소로는 약 11 내지 13시간, 최대로는 수일동안 재벌구이를 거쳐 완성되고, 공정 단계에서 맥반석 및 게르마늄은 약 1270℃ 내지 1320℃의 고온 상태에서 그 입자 구조가 파괴되는 것이 보통이므로, 그 효과가 제대로 발휘되지 못하는 문제가 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 일환으로, 한국 등록특허공보 제10-0414467호 "원적외선이 방출되는 유약"을 제안하고 있다. 제안된 유약은 69 내지 73중량%의 SiO₂와, 12.5 내지 15 중량%의 Al₂O₃와, 1.2 내지 1.8 중량%의 CaO와, 0.8 내지 1.2 중량%의 MgO와, 2.5 내지 2.9중량%의 Fe₂O₃와, 3.3 내지 3.8 중량%의 K₂O와, 3.8 내지 4.1 중량%의 Na₂O와, 0.35 내지 0.41 중량%의 TiO₂ 와, 0.03 내지 0.05 중량%의 MnO와, 0.03 내지 0.05 중량%의 SrO와, 0.003 내지 0.005 중량%의 ZrO₂와 잔여가 미량의 P₂O₅로 구성되는 도석13g과, 물토 60g과, 백토 60g과, 석회석 30g과, 철 13g과, 망간 13g의 비율로 혼합되어 제조된다. 이러한 유약은 도자기 솥, 도자기 주전자, 찻잔과 같은 상대적으로 고온의 물질을 수용하는 도자기 식기 및 용기에 사용되는 경우에 있어서, 현저한 원적외선 방출 효과를 발휘하여 인체의 건강을 증진시키는 효과가 있다. 그러나, 단순히 원적외선만을 방출하는데 그치므로 다양한 디자인과 우수한 심미감을 창출하는데 한계가 있어 전반적으로 소비자의 욕구를 충족시키는데 아직까지도 미흡한 문제가 있다.

한국 공개특허공보 제10-1996-0030861호 "게르마늄을 주성분으로 하는 유약을 사용한 음식물용기의제조방법" 한국 등록특허공보 제10-0414467호 "원적외선이 방출되는 유약"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 인체에 유익한 원적외선을 방출함과 동시에 빛의 간섭 작용으로 아름다운 광채를 만들어내는 러스터 효과를 발현시켜 다양한 디자인과 우수한 심미감을 창출하여 전반적으로 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있는 원적외선 방출특성과 미적향상을 겸비하는 유약을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 소지의 표면에 코팅되는 유약에 있어서: 이산화규소(SiO2) 45중량%에 알루미나(Al2O3) 31.7중량%, 산화철(Fe2O3) 5.93중량%, 산화칼슘(CaO) 0.22중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.56중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.59중량%, 산화칼륨(K2O) 0.86중량%, 이산화티타늄(TiO2) 0.58중량%, 산화세륨(CeO2) 14.56중량%이 첨가된 혼합물을 볼밀로 60분간 교반하고, 교반된 혼합물을 80℃로 10시간 건조한 다음, 건조된 혼합물을 분당 10℃의 승온 속도로 900℃까지 승온 한 이후에 60분간 1차 용융하고, 재차 1450℃까지 승온한 다음 2시간 2차 융융하는 열처리과정을 거친 이후 용융물을 급속 냉각한 덩어리를 알코올 용매 하에서 볼밀로 30분간 분쇄하고, 분쇄된 분말을 건조한 다음, 물과 1:1 중량비율로 혼합한 것을 특징으로 한다.

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한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 인체에 유익한 원적외선을 방출함과 동시에 빛의 간섭 작용으로 아름다운 광채를 만들어내는 러스터 효과를 발현시켜 다양한 디자인과 우수한 심미감을 창출하여 전반적으로 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 소지에 도포되어 소성에 의해 표면을 코팅하는 유약에 관한 것으로, 원적외선을 방출함과 동시에 미적향상을 두루 겸비하는 유약이다. 본 발명의 유약은 이산화규소(SiO₂) 60~65중량%에 알루미나(Al₂O₃) 10~15중량%, 산화철(Fe₂O₃) 3~6중량%, 산화칼슘(CaO) 0.5~0.8중량%, 산화마그네슘(MgO) 1.2~1.5중량%, 산화나트륨(Na₂O) 1.0~1.5중량%, 산화칼륨(K₂O) 2.0~3.0중량%, 이산화티타늄(TiO₂) 0.5~1.0중량%, 산화세륨(CeO₂) 5~15중량%이 첨가된 혼합물이다.

본 발명의 유약을 조성하는 성분 중 이산화규소는 원적외선을 방출하는 특성을 가지게 하고, 산화세륨은 빛의 간섭 작용으로 아름다운 광채를 만들어주는 역할을 한다. 이러한 이산화규소와 산화세륨 및 기타 첨가물은 적절한 조성비도 중요하지만, 소지의 표면에 균일하게 도포할 수 있게 물에 고르게 분산되는 콜로이드 상태로 전환시키는 것이 매우 중요하다.

즉, 위에서 언급한 배합비로 준비된 혼합물을 볼밀로 30~120분간 교반하여 균일하게 혼합한다. 그리고 교반된 혼합물을 오븐에 넣고, 75~90℃에서 8~10시간 건조한다. 이어서 건조된 혼합물을 분당 10℃의 승온 속도로 900℃까지 승온하고, 900℃를 유지한 상태에서 30~60분간 1차 용융한다.

그리고 분당 10℃의 승온 속도로 재차 1450℃까지 승온한 상태에서 1~2시간 2차 융융한다. 이어서 용융물을 물에 담금질로 급속 냉각하여 덩어리(프릿, Frit) 형태로 형성한다. 그리고 덩어리를 알코올 용매 하에서 볼밀로 30~60분간 분쇄하고, 자연 또는 열풍으로 건조한다. 마지막으로 건조된 분말을 물과 1:1 중량비율로 혼합하면, 소지에 도포할 유약이 완성된다.

이하, 구체적인 실시예를 살펴보고 본 발명의 유약이 가진 실질적인 효과가 유효함을 알아보고자 한다.

<<실험예1>>

본 실험은 유약을 조성하는 혼합비율에 따라 원적외선의 방사율 정도를 알아보기 위해 시료별 원적외선 방사율과 방사에너지를 측정하였다. 그리고 측정된 방사율 중 가장 높은 실시예를 지름50mm, 두께5mm 석고 소지에 도포하여 가스가마에서 온도별 소성한 다음, 원적외선 방사율과 방사에너지를 측정하였다.

<시료제작>

	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O	TiO2	CeO2
실시예1	49.40	22.90	12.40	0.05	0.61	0.43	0.94	1.41	11.86
실시예2	59.60	18.60	8.31	0.13	2.00	0.53	3.44	0.73	6.66
실시예3	68.20	15.70	5.29	0.20	0.66	0.61	2.73	0.59	6.02
실시예4	64.10	18.50	4.69	0.10	0.55	0.51	3.75	0.41	7.39
실시예5	55.30	20.60	9.78	0.10	0.79	0.54	1.76	0.99	10.14
실시예6	64.90	16.50	4.82	1.06	1.26	2.30	3.56	0.50	5.10
실시예7	61.70	16.80	8.15	0.16	1.56	0.58	2.58	0.80	7.67
실시예8	45.00	31.70	5.93	0.22	0.56	0.59	0.86	0.58	14.56
실시예9	43.90	25.30	14.70	0.59	1.17	0.56	3.71	2.36	10.22
실시예10	61.50	18.50	8.14	0.10	1.17	0.64	2.68	0.80	6.47
실시예11	66.20	14.60	5.68	0.68	1.48	1.39	2.67	0.70	6.60

(단위: 중량%)

준비된 혼합물을 볼밀로 60분간 교반하고, 교반된 혼합물을 80℃에서 10시간 건조하였다. 그리고 건조된 혼합물을 분당 10℃의 승온 속도로 900℃까지 승온하고, 900℃를 유지한 상태에서 60분간 용융한 다음, 분당 10℃의 승온 속도로 재차 1450℃까지 승온한 상태에서 2시간 융융하였다.

이어서 용융물을 물에 담금질로 급속 냉각하여 덩어리 형태로 형성하고, 형성된 덩어리를 알코올 용매 하에서 볼밀로 30분간 분쇄하고, 자연 또는 열풍으로 건조하였다. 마지막으로 건조된 분말을 물과 1:1 중량비율로 혼합한 유약을 실시예별로 완성하였다.

<실험결과1>

	Emission (5~20㎛)	Emission energy (W/㎡·㎛, ℃)
실시예1	0.915	3.53×102
실시예2	0.912	3.52×102
실시예3	0.911	3.51×102
실시예4	0.916	3.53×102
실시예5	0.919	3.54×102
실시예6	0.916	3.53×102
실시예7	0.917	3.54×102
실시예8	0.919	3.54×102
실시예9	0.917	3.54×102
실시예10	0.920	3.55×102
실시예11	0.917	3.54×102

실시예별로 시료를 측정한 결과, 전체적으로 원적외선 방사율이 0.916으로 매우 높은 편이었으며, 그 중에서 실시예8이 0.920으로 가장 높은 방사율로 측정되었고, 실시예3이 0.911로 가장 낮은 방사율로 측정되었다.

<실험결과2>

	Emission (5~20㎛)	Emission energy (W/㎡·㎛, ℃)
1230℃	0.920	3.55×102
1250℃	0.917	3.54×102
1270℃	0.914	3.52×102

원적외선 방사율이 가장 높은 실시예8을 온도별로 소성하여 다시 측정한 결과, 1230℃에서 소성한 소지에서 0.920으로 시료와 동일한 원적외선 방사율이 측정되었다.

<<실험예2>>

본 실험은 유약이 도포 및 소성된 소지의 표면에 빛의 간섭 작용으로 아름다운 광채를 만들어내는 러스터 효과가 발현되는지를 알아보고자 한다. 유약의 배합은 실험예1에서 원적외선 방사율이 가장 높은 실시예8을 적용하였으며, 지름50mm, 두께5mm 폴리싱 소지에 도포하였다.

<실험조건>

준비된 소지를 분당 50℃의 속도로 1230℃까지 승온하여 소성하였다. 여기서 유약의 제조 중 1450℃로 승온 후 유지하는 시간에 따른 유약에 따라 시유면의 밝기를 TAPPI T525 기준으로 측정하였고, 소성온도에 따른 소지의 회절패턴도 분석하였다.

<실험결과1>

소성별 유약이 도포된 소지별 밝기를 측정한 결과, 용융시간이 30분에서 1시간인 경우 러스터 효과가 발현되지 않아 기존의 유약과 동일한 밝기를 보였으며, 소성시간이 증가함에 따라 유면의 밝기가 증가하다가 용융시간이 2시간인 경우 최대값을 보여주었다.

<실험결과2>

(A) 900℃ (B) 1000℃ (C) 1100℃ (D) 1250℃ (E) 1450℃

소성온도별 유약이 도포된 소지의 회절패턴을 분석한 결과, 소성온도 1100℃까지는 결정상이 배향성을 가지지 않으면서 발달하였으나 1450℃에서는 결정상에 기인한 회절강도가 강하여질 뿐만 아니라 급격한 배향성을 보이기 시작하였다.

<실험고찰>

실험결과에서 살펴보듯이 유약의 러스터 효과는 용융과 관련이 깊다는 것을 알 수가 있다. 즉, 1450℃ 이하에서는 입자의 용융이 완전히 이루어지지 않아 유면의 굴곡이 심하고, 입자와 입자사이의 계면이 상당부분 존재하고 있다. 다시 말해, 1450℃ 이상에서는 유약내부의 계면이 모두 사라짐에 따라 산화세륨의 입자의 결정화에 유리해진다고 볼 수가 있다.

이처럼 본 발명의 유약은 0.920이상의 원적외선 방사율을 가지는 것은 물론, 소지의 표면에 가시광선의 최대산란을 일으키는 결정크기로 석출된 산화세륨에 의해 고굴절 다중반사로 우수한 심미감을 창출할 수가 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (3)

1. 소지의 표면에 코팅되는 유약에 있어서:
   이산화규소(SiO2) 45중량%에 알루미나(Al2O3) 31.7중량%, 산화철(Fe2O3) 5.93중량%, 산화칼슘(CaO) 0.22중량%, 산화마그네슘(MgO) 0.56중량%, 산화나트륨(Na2O) 0.59중량%, 산화칼륨(K2O) 0.86중량%, 이산화티타늄(TiO2) 0.58중량%, 산화세륨(CeO2) 14.56중량%이 첨가된 혼합물을 볼밀로 60분간 교반하고, 교반된 혼합물을 80℃로 10시간 건조한 다음, 건조된 혼합물을 분당 10℃의 승온 속도로 900℃까지 승온 한 이후에 60분간 1차 용융하고, 재차 1450℃까지 승온한 다음 2시간 2차 융융하는 열처리과정을 거친 이후 용융물을 급속 냉각한 덩어리를 알코올 용매 하에서 볼밀로 30분간 분쇄하고, 분쇄된 분말을 건조한 다음, 물과 1:1 중량비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 원적외선 방출특성과 미적향상을 겸비하는 유약.
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