KR102022505B1 - 글래스 비드 및 이의 제조방법 - Google Patents

글래스 비드 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형광체를 중심으로 글래스 비드를 형성하여 고휘도, 고굴절률을 갖고 내구성을 향상시킨 글래스 비드 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명은 일정 크기의 입도(粒度)를 갖는 비드 입자의 내측에 형광체 입자를 구비하고, 바람직하게는 상기 비드 입자의 중앙부에 위치한 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 형광체를 중심으로 글래스 비드를 형성하여 고휘도, 고굴절률을 갖고 내구성을 향상시킬 수 있으며, 노면의 표시와 도로용 반사시트에 설치하여 재귀반사와 형광 기능에 의한 운전자의 시인성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

글래스 비드 및 이의 제조방법{GLASS BEAD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 글래스 비드 및 이의 제조방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 형광체를 중심으로 글래스 비드를 형성하여 고휘도, 고굴절률을 갖고 내구성을 향상시킨 글래스 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도로의 노면 교통표시는 운전자들과 보행자들에게 주간에는 잘 식별되어 교통사고 예방에 도움이 되는 반면, 야간이나 우천시 또는 눈이 내릴 시에는 잘 식별이 되지 않아 많은 교통사고가 유발되고 있다.
야간이나 우천시에 노면의 표시를 식별하기 어려운 이유는, 차량의 전조등에서 나오는 빛이 도로 표시선과 매우 낮은 각도로 입사되어 광원으로 되돌아오지 않고 운전자 반대 방향으로 반사되기 때문이다.
즉, 85도 이상의 고 입사각의 빛은 대부분의 빛이 원래 광원으로 되돌아와서 식별이 용이한 반면, 차량 전조등의 빛은 노면 표시선과 30 내지 40도의 낮은 각도로 입사하기 때문에 광원으로의 재귀현상을 기대하기 어렵다.
특히, 우천시에는 도로 표시선 위에 물방울이 형성되어 전조등 빛이 표면 산란되는 현상으로 표시선 식별이 더욱더 어려워지고, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 여러 가지 기능성 도로용 도료가 개발되어왔지만 빛의 역반사율을 개선하기는 어려운 실정이다.
일반적인 역반사 도로 표시 페인트의 제조에서 특징적인 것은 투명한 유리 입자 또는 세라믹 입자 등의 글래스 비드를 사용하는 것이다.
도 1은 일반적인 노면 표시재의 구성을 나타낸 예시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 글래스 비드의 구성을 나타낸 단면도로서, 글래스 비드(10)는 페인트 등의 염료(20)와 혼합하여 노면(30)에 도포된다.
이러한 글래스 비드(10)는 각각 구형 렌즈로 작용하여 차량의 전조등에서 출력된 입사광이 수광되면, 글래스 비드의 높은 굴절률을 이용하여 굴절되어 광원 쪽으로 반사광을 출력하는 재귀반사를 통해 야간 및 우천시에 시인성을 확보할 수 있도록 한다.
또한, 글래스 비드(10)의 휘도가 개선될 수 있도록 비드 입자(11)의 주변에 형광체 입자(12)가 설치된다.
그러나 종래 기술에 따른 글래스 비드(10)는 비드 입자(11)를 제조한 다음 형광체 입자(12)를 단순히 혼합함으로써, 비드 입자(11)의 주변에 형광체 입자(12)가 불규칙적으로 분산 부착되어 글래스 비드(10)의 반사가 균일하지 못하고, 형광체에 의한 적절한 휘도 개선을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
즉 비드 입자(11)와 형광체 입자(12)를 혼합한 다음 가열을 통해 글래스 비드(10)를 제조할 경우 형광체 입자(12)가 글래스 비드(10)의 중앙에 위치하지 못하고, 비드 입자(11)의 주변에 위치하게 되거나 또는 형광체 입자(12)가 균일하게 분산 부착되지 못한다.
또한, 일반적인 유리 비드의 굴절률은 1.5 정도로서, 최적의 재귀반사율을 제공하기 위해서는 유리 비드의 굴절률이 2.2 ~ 2.4 사이의 고굴절률이 요구되지만, 고굴절률의 유리 비드는 높은 제조가격으로 인해 활주로, 고속도로 중앙선 등에 제한적으로 사용되는 문제점이 있다.
또한, 고굴절률의 유리 비드는 습기와 경도 등이 약해서, 내구성이 낮아 일정 주기마다 새롭게 도색 등의 작업이 이루어져야 하는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2006-0124455호(고효율 역반사 도로 표시 도료)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 형광체를 중심으로 글래스 비드를 형성하여 고휘도, 고굴절률을 갖고 내구성을 향상시킨 글래스 비드 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 형광체 입자; 상기 형광체 입자의 표면에 점성을 형성하는 코팅부; 및 상기 코팅부를 통해 상기 형광체 입자의 주변에 부착되는 다수의 비드 입자를 포함하며, 상기 비드 입자를 가열을 통해 용융시키고, 상기 용융된 비드 입자의 내측에 상기 형광체 입자가 내재되도록 이루어진 글래스 비드이고, 상기 글래스 비드는 입도가 45㎛ ~ 90㎛ 또는 100㎛ ~ 850㎛인 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
또한, 본 발명에 따른 상기 형광체 입자는 0.1 중량 % 내지 2 중량 %인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 형광체 입자는 세라믹계 형광체, 양자점 형광체, 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 코팅부는 무기물 코팅부인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 비드 입자는 의 유리 입자, 세라믹 입자 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 유리 입자는 1.5 ~ 2.2 사이의 굴절률 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 비드 입자는 SiO2, PbO, Na2O, BaO, K2O, Al2O3, R2O 중 적어도 하나 이상을 포함하는 글래스 비드인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 a) 형광체 입자와 점성을 갖는 화합물을 혼합하여 상기 형광체 입자의 표면에 점성의 코팅부를 형성하고, 상기 점성의 코팅부가 형성된 형광체 입자의 주변에 복수의 비드 입자가 접착되도록 상기 형광체 입자와 비드 입자를 혼합하는 단계; 및 b) 상기 형광체 입자에 접착된 복수의 비드 입자를 가열하여 용융되는 비드 입자의 내측에 상기 형광체 입자가 내재되도록 하고, 상기 용융된 비드 입자를 경화하여 글래스 비드를 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 c) 상기 b) 단계에서 형성된 글래스 비드를 염료와 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명에 따른 상기 a)단계는 비드 입자를 블로잉(Blowing)하여 상기 형광체 입자와 접착되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 형광체를 중심으로 글래스 비드를 형성하여 고휘도, 고굴절률을 갖고 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 노면의 표시와 도로용 반사시트에 설치하여 재귀반사와 형광 기능에 의한 운전자의 시인성과 시감성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 노면 표시재의 구성을 나타낸 예시도.
도 2 는 종래 기술에 따른 글래스 비드의 구성을 나타낸 단면도.
도 3 은 본 발명에 따른 글래스 비드의 구조를 나타낸 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 글래스 비드의 접착과정을 나타낸 단면도.
도 5 는 본 발명에 따른 글래스 비드의 제조과정을 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 글래스 비드 및 이의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(글래스 비드)
도 3은 본 발명에 따른 글래스 비드의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 글래스 비드의 접착과정을 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 글래스 비드(100)는 고휘도, 고굴절률을 갖고 내구성이 향상될 수 있도록 일정 크기의 입도(粒度)를 갖는 비드 입자(130)의 내측 중앙부에 형광체 입자(110)가 위치되도록 구성되며, 형광체 입자(110)와, 코팅부(120)와, 비드 입자(130)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 글래스 비드(100)는 설치되는 위치에 따라 글래스 비드(100)의 입도가 다르게 구성된다.
즉 노면 표지용 글래스 비드로 형성되는 경우 입도는 100㎛ ~ 850㎛의 크기가 되도록 하고, 반사지용 글래스 비드로 형성되는 경우 입도는 45㎛ ~ 90㎛의 크기가 되도록 한다.
상기 형광체 입자(110)는 세라믹계 형광체, 양자점 형광체, 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체 중 어느 하나로 이루어지고, 바람직하게는 비드 입자(130)를 가열하여 용융시키는 과정을 수행할 수 있도록 고온에서도 사용할 수 있는 가넷계의 YAG 형광체를 이용한 형광체 입자로 구성한다.
또한, 상기 형광체 입자(110)는 글래스 비드(100)의 전체 중량 대비 0.1 중량% 내지 2 중량%로 포함되고, 바람직하게는 1 중량% 이하로 포함된다.
상기 형광체 입자(110)가 2 중량%를 초과하면, 재귀반사율과 휘도를 개선할 수 있지만, 제조비용이 증가하는 문제점이 있고, 0.1 중량 % 이하면 재귀반사율과 휘도가 낮아지게 된다.
상기 코팅부(120)는 형광체 입자(110)의 표면을 투명의 점성 물질로 코팅하여 비드 입자(130)가 상기 형광체 입자(110)의 표면에 접착되도록 졸-겔 등의 점성을 갖는 무기 화합물로 이루어진다.
즉 상기 코팅부(120)는 형광체 입자(110)가 글래스 비드(100)의 중심에 위치될 수 있도록, 상기 형광체 입자(110)의 주변에 비드 입자(130)가 접착되도록 함으로써, 용융을 통해 생성되는 글래스 비드(100)의 중앙부에 형광체 입자(110)가 배치되게 하여 상기 형광체 입자(110)에 의한 글래스 비드(100)의 휘도 및 재귀반사율이 개선될 수 있도록 하고, 비드 입자(130)에 의한 경도가 증가될 수 있도록 한다.
상기 비드 입자(130)는 유리 입자 또는 세라믹 입자로서, 형광체 입자(110)가 글래스 비드(100)의 중앙부에 위치되도록 하며, 본 실시예에서는 상기 비드 입자(130)가 SiO2,와 내구성을 유지하는 Na2O를 주성분으로 하는 Na2O계 글래스 비드를 녹여서 제조된 버진 글래스(Virgin Glass)를 일정 크기로 분쇄하여 글래스 파우더로 제조한 다음, 일정 크기의 구 형상을 갖는 유리 입자로 구성하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 재료를 이용하여 유리 입자를 구성할 수 있다.
또한, 상기 비드 입자(130)는 굴절율을 향상시키기 위하여 PbO와, PbO 자체의 고분산성을 갖는 약점을 보완하여 주는 BaO와, 광택을 유지하는 K2O와, 안정기의 역할을 하는 Al2O3 와, 작업성 및 내약품성을 높혀주는 R2O가 적정한 배합비로 배합되어 조성될 수 있다.
또한, 상기 비드 입자(130)는 입자 분리기 등을 통해 일정한 크기의 비드 입자(130)를 획득할 수 있다.
또한, 상기 비드 입자(130)는 광학 굴절지수(Optical Refractive Index)가 1.5 ~ 2.2 사이의 굴절률 값을 갖는 유리 입자로 이루어져, 이산화티타늄 등의 함량을 높여서 광학 굴절지수가 2.2 ~ 2.4 사이의 고굴절률을 갖는 유리 입자와 대비하여 제조비용을 월등히 감소시킬 수 있으며, 고굴절률의 유리 입자보다 높은 경도를 제공하여 글래스 비드(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는 상기 코팅부(120)가 형성된 형광체 입자(110)의 표면에 비드 입자(130)를 설치하는 구성을 실시예로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 코팅부(120)가 형성되지 않은 형광체 입자(110)의 표면에 비드 입자(130)가 배치되도록 구성하여 글래스 비드를 구성할 수도 있다.
따라서 일정 크기의 입도(粒度)를 갖는 비드 입자(130)의 내측 중앙부에 형광체 입자(110)가 위치되도록 구성함으로써, 상기 형광체 입자(110)에 의한 글래스 비드(100)의 휘도 및 재귀반사율을 개선하여 고휘도, 고굴절률을 제공할 수 있고, 비드 입자(130)에 의한 경도 증가를 통해 글래스 비드(100)의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
(제조방법)
도 5는 본 발명에 따른 글래스 비드의 제조과정을 나타낸 흐름도로서, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 글래스 비드의 제조과정을 설명한다.
일정 크기로 제조된 형광체 입자(110)를 졸-겔 상태로서 무기 화합물 수지로 이루어진 코팅부(120)와 혼합하여 상기 형광체 입자(110)의 표면을 점성 물질로 코팅(S100)한다.
또한, 상기 S100 단계는 비드 입자(130)를 제조하는 과정을 추가 수행할 수 있다.
즉 상기 비드 입자(130)는 Na2O계 글래스 비드를 녹여서 버진 글래스를 제조하고, 상기 제조된 버진 글래스는 일정 크기로 분쇄하여 글래스 파우더를 제조한다.
또한, 상기 제조된 글래스 파우더를 비딩 장치를 이용하여 일정 크기의 구 형상을 갖는 유리 입자 즉 유리알을 제조하고, 상기 제조된 비드 입자(130)는 입자 분리기 등을 통해 일정한 크기의 비드 입자(130) 별로 분류하여 획득한다.
상기 획득한 비드 입자(130)는 상기 S100 단계에서 점성 물질로 코팅된 형광체 입자(110)의 둘레에 접착되도록 혼합(S110)하는 과정을 수행한다.
상기 S110 단계의 비드 입자(130)는 블로잉(Blowing)을 통해 코팅된 형광체 입자(120)와 혼합되도록 하여 형광체 입자(110)의 주변에 균일하게 접착될 수 있도록 한다.
이때, 노면 표지용 글래스 비드를 형성하는 경우 글래스 비드(100)의 입도는 100㎛ ~ 850㎛의 크기가 되도록 블로잉되는 비드 입자(130)의 양을 조절하고, 반사지용 글래스 비드를 형성하는 경우 글래스 비드(100)의 입도는 45㎛ ~ 90㎛의 크기가 되도록 블로잉되는 비드 입자(130)의 양를 조절한다.
상기 S110 단계에서 접착된 비드 입자(130)는 형광체 입자(110)가 글래스 비드(100)의 중앙부에 위치하여 고정되도록 경화(S120)하는 과정을 수행하는데, 접착된 비드 입자(130)들이 녹아 일정 크기의 입도를 갖는 글래스 비드(100)로 제조될 수 있도록 예를 들면, 600℃ 이상의 온도로 가열하여 상기 비드 입자(130)을 용융시키고, 상기 용융된 비드 입자(130)는 경화(S120)되도록 한다.
즉 상기 S120단계의 비드 입자(130)를 용융시키는 과정에서 형광체 입자(110)가 글래스 비드(100)의 중앙부에 위치될 수 있도록 한다.
상기 S120 단계에서 일정 크기로 경화된 글래스 비드(100)는 도로용 페인트인 염료와 혼합(S130)되어 도로 또는 도로용 표지물에 도포되도록 한다.
본 실시예에서는 형광체 입자(110)의 표면에 코팅부(120)가 형성되도록 상기 형광체 입자(110)와 코팅부(120)를 혼합하는 과정을 수행한 다음 비드 입자(130)가 블로잉을 통해 형광체 입자(110)의 주변에 접착되도록 혼합하는 과정을 수행하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 표면이 코팅되지 않은 형광체 입자(110)의 주변에 비드 입자(130)가 블로잉을 통해 접촉하는 과정을 통해 혼합하여 글래스 비드를 제조할 수도 있다.
따라서 일정 크기의 입도(粒度)를 갖는 비드 입자(130)의 내측 중앙부에 형광체 입자(110)가 위치되도록 구성함으로써, 상기 형광체 입자(110)에 의한 글래스 비드(100)의 휘도 및 재귀반사율을 개선하여 고휘도, 고굴절률을 제공할 수 있고, 비드 입자(130)에 의한 경도 증가를 통해 내구성을 향상시킨 글래스 비드를 제공할 수 있으며, 노면의 표시와 도로용 반사시트에 설치하여 재귀반사와 형광 기능에 의한 운전자의 시인성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 글래스 비드
110 : 형광체 입자
120 : 코팅부
130 : 비드 입자

Claims (14)

  1. 형광체 입자(110);
    상기 형광체 입자(110)의 표면에 점성을 형성하는 코팅부(120); 및
    상기 코팅부(120)를 통해 상기 형광체 입자(110)의 주변에 부착되는 다수의 비드 입자(130)를 포함하며,
    상기 코팅부(120)는 점성을 갖는 무기 화합물 수지이고,
    상기 비드 입자(130)를 가열을 통해 용융시키고, 상기 용융된 비드 입자(130)의 내측에 상기 형광체 입자(110)가 내재되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 글래스 비드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 글래스 비드는 입도가 45㎛ ~ 90㎛ 또는 100㎛ ~ 850㎛인 것을 특징으로 하는 글래스 비드.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 입자(110)는 0.1 중량 % 내지 2 중량 %인 것을 특징으로 하는 글래스 비드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 입자(110)는 세라믹계 형광체, 양자점 형광체, 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 글래스 비드.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비드 입자(130)는 유리 입자 또는 세라믹 입자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 글래스 비드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유리 입자는 1.5 ~ 2.2 사이의 굴절률 값을 갖는 것을 특징으로 하는 글래스 비드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 비드 입자(130)는 SiO2, PbO, Na2O, BaO, K2O, Al2O3, R2O 중 적어도 하나 이상을 포함하는 글래스 비드인 것을 특징으로 하는 글래스 비드.
  11. a) 형광체 입자(110)와 점성을 갖는 화합물을 혼합하여 상기 형광체 입자(110)의 표면에 점성의 코팅부(120)를 형성하고, 상기 점성의 코팅부(120)가 형성된 형광체 입자(110)의 주변에 복수의 비드 입자(130)가 접착되도록 상기 형광체 입자(110)와 비드 입자(130)를 혼합하는 단계; 및
    b) 상기 형광체 입자(110)에 접착된 복수의 비드 입자(130)를 가열하여 용융되는 비드 입자(130)의 내측에 상기 형광체 입자(110)가 내재되도록 하고, 상기 용융된 비드 입자(130)를 경화하여 글래스 비드(100)를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 코팅부(120)는 점성을 갖는 무기 화합물 수지인 것을 특징으로 하는 글래스 비드의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    c) 상기 b)단계에서 형성된 글래스 비드(100)를 염료와 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글래스 비드의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 a)단계는 비드 입자(130)를 블로잉(Blowing)하여 상기 형광체 입자(110)와 접착되도록 하는 것을 특징으로 하는 글래스 비드의 제조방법.
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