KR102292124B1 - 재귀반사성이 우수한 유리 조성물 및 이를 이용한 유리비드 제조방법 - Google Patents

Abstract

산화티타늄을 최적의 비율로 혼합함에 따라 재귀반사성이 우수하며, 내구성이 뛰어난 유리 조성물 및 이를 이용한 유리비드 제조방법을 개시한다.
본 발명은 SiO2 25~30중량부, Al2O3 10~20중량부, TiO2 10~20중량부, CaO 20~30중량부, MgO 10~15중량부, Na2O 1~3중량부 및 BaO 0.1~0.5중량부를 포함하되, 70%이상의 가시광선 투과율 및 1.9~2.5의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 유리 조성물을 제공한다.

Description

재귀반사성이 우수한 유리 조성물 및 이를 이용한 유리비드 제조방법{Glass composition excellent retroreflectivity property and manufacturing method for glass beads using the same}

본 발명은 재귀반사성이 우수한 유리 조성물 및 이를 이용한 유리비드 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화티타늄을 최적의 비율로 혼합함에 따라 재귀반사성이 우수하며, 내구성이 뛰어난 유리 조성물 및 이를 이용한 유리비드 제조방법에 관한 것이다.

재귀반사성(retroreflectivity)이란 빛을 입사된 방향으로 반사시키는 물성으로, 주로 도로의 표지판과 노면에 구현되어 시인성(visibility)을 높이고 운전자의 안전을 도모하기 위한 목적으로 이용된다. 재귀반사성이 양호하다는 것은 입사된 빛이 더욱 많이 입사각으로 반사된다는 것을 의미하고, 이러한 재귀반사성의 정도에는 표면적 성질, 물질의 조성, 그리고 그에 따른 굴절률과 투명도가 복합적으로 영향을 끼친다. 재귀반사성 부재는 주로 가격경쟁력과 광학 특성이 우수한 규소질 재료를 중심으로 개발되어 왔으며, 그 형태 또한 비드(bead)형, 프리즘형, 평면형, 복합형 등으로 다양하다.

이들 중 비드형에 해당하는 유리알의 응용분야는 다양하다고 할 수 있으며, 현재 상용되고 있는 유리알의 응용분야는 유리의 가장 큰 장점인 광 학적 특성을 이용한 반사용 유리알과 유리의 고유특성에 구형인 형상의 특성을 이용한 제품으로 구분할 수 있다.

이들 중에서 도로표면에 차로 표시용의 응용분야는 현재 일반유리와 비슷한 굴절률(nd=1.5)을 가진 유리알이 사용되어 왔으나, 교통량이 많아지고 도로의 구조가 좋지 못하여 운전자의 판단이 흐려지는 곳이나 악천후 및 야간주행시 안전하고 명확한 차로 표시를 위해 고굴절 유리알이 일부분 사용되고 있으며 점차 응용분야가 확대되고 있다.

또한 도로표지판의 반사시트에 적용되는 고굴절 유리알도 현재 사용되는 유리알보다 높은 굴절률의 유리알이 요구되고 있으며, 안전하고 쾌적한 교통문화제공을 위하여 그 수요가 점차 확대되고 있는 실정이다.

일반적으로 도로포장 및 표지판으로 이용되고 있는 유리알은 굴절률이 일반유리와 거의 유사하며, 악천후나 야간주행에 있어서 그 본래의 목적인 차로 구별 및 방향표시가 제대로 이루어지지 않음으로서 위험한 상황을 유발시킬 수 있다고 할 수 있다. 따라서 최근에는 원거리에서도 명확한 표시가 가능한 고굴절 유리알에 대한 수요가 늘어나고 있으며, 앞으로는 현재의 저굴절 유리알을 고굴절 유리알이 차지할 것으로 예상할 수 있다.

유리의 가장 큰 특성인 광학적 특성을 이용하는 유리알은 도로바닥용과 도로표지판용으로 나눌 수 있다. 바닥용은 도료에 혼합하여 반사재료로 사용되어 바닥에 도포하는 도로표지도료용 유리알과 표지판에 사용되는 표식용으로 나눌 수 있는데, 굴절률과 그 크기에 따라 다시 구분된다.

즉 도료에 혼합되는 유리알은 반사의 척도가 되는 굴절률이 약 1. 5정도를 갖고 크기가 약 100미크론에서 2000미크론으로, 유리조성은 일반 소다석회유리가 사용된다. 그러나 표지판에 사용되는 유리알은 굴절률이 1.9 이상의 고굴절률을 갖는 유리알이 사용되며, 그 크기도 20미크론에서 100미크론의 작은 유리알이 사용된다.

이러한 고굴절 유리알을 생산하기 위해서는 기존의 유리조성으로는 생산할 수 없으며, 유리조성이 매우 까다롭고 유리화가 어려운 것이 특징이다. 기존의 조성과 제조방법으로는 유리화가 너무 어렵고 1.9이상의 고굴절 유리를 제조하기가 어렵다.

고굴절 유리알의 제조에 있어서 TiO2 와 BaO의 함량은 고굴절을 나타내는 중요한 성분이다. 그런데 TiO2를 다량 함유한 유리는 맑은 유리로 만들 수 있는 유리화 과정이 매우 어려우며, 따라서 유리알 제조를 위한 적합한 유리화 조성의 선정기술이 요구되며, 유리알 제조과정에 있어서 실투(devitrification)가 발생하지 않으면서 일정한 크기의 유리알을 제조하는 것이 그 핵심기술이라고 할 수 있다.

일반적으로 기존의 고굴절 유리알은 용이한 유리화를 위해서 SiO2의 함량이 거의 비슷하게 사용되거나 SiO2의 함량이 더 높은 유리를 제조하였다. 이러한 함량을 가지는 경우 TiO2 와 유리의 안정성은 높일 수 있으나, 굴절률이 저하되어 굴절률이 1.7 이하인 유리알이 제조되어 사용되어졌다.

따라서 그 응용분야가 제한적일 수밖에 없으며, 수요처의 다양한 요구에 부응하지 못하여 왔다. 특히 기존의 유리알제조에서는 SiO2의 함량이 많음으로서 고온용융이 필요하였다. 또한, 종래 굴절률 1.9 이상의 고굴절률을 갖는 유리의 조성으로서는 굴절률을 높이기 위하여 환경오염물질인 PbO를 함유하고 있고, 굴절률을 높이기 위하여 TiO2를 다량 함유하게 되는데 이 경우 TiO2가 유리화를 방해하여 유리의 제조를 곤란하게 한다

따라서 반사성 및 굴절률을 높이기 위한 TiO2의 함량을 최대화하면서도 유리화 과정을 용이하게 수행할 수 있는 최적의 함량을 가지는 유리조성물 및 이를 이용한 유리 비드의 제조방법이 필요한 실정이다.

(0001) 대한민국 등록특허 제10-1960338호 (0002) 대한민국 등록특허 제10-0773438호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 산화티타늄의 함량이 최적화된 재귀반사성이 우수한 유리조성물 및 이를 이용한 유리 비드의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 제조된 유리비드에 후처리 공정을 수행하는 것으로 기존의 반사성 유리비드에 비하여 내구성 및 반사성이 형상된 재귀반사성이 우수한 유리비드의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 SiO2 25~30중량부, Al2O3 10~20중량부, TiO2 10~20중량부, CaO 20~30중량부, MgO 10~15중량부, Na2O 1~3중량부 및 BaO 0.1~0.5중량부를 포함하되, 70%이상의 가시광선 투과율 및 1.9~2.5의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 유리 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은 (a) SiO2, Al2O3, TiO2, CaO, MgO 및 기타 원료를 혼합하여 유리 비드 원료를 제조하는 단계; (b) 상기 유리비드 원료를 용융시킨 다음 경화시키켜 비드 전구체를 제조하는 단계; (c) 상기 비드 전구체를 일정무게를 가지도록 파쇄하는 단계; (d) 상기 파쇄된 유리전구체를 분사로의 상부에서 공급하며, 상기 분사로의 하부에서 가열된 기체를 공급하여 상기 파쇄된 유리비드 전구체를 유리비드로 전환시키는 단계; (e) 상기 제조된 유리 비드를 크기에 따라 분류하는 단계; 및 (f) 상기 분류된 유리비드를 가열하여 열처리하는 단계를 포함하는 유리비드 제조방법이며, 상기 유리비드 원료는 SiO2 25~30중량부, Al2O3 10~20중량부, TiO2 10~20중량부, CaO 20~30중량부, MgO 10~15중량부, Na2O 1~3중량부 및 BaO 0.1~0.5중량부를 포함하며, 상기 (b)단계는 700~900℃의 온도로 가열하여 용융시키는 단계이며, 상기 (c)단계는 상기 비드전구체를 평균입경이 10~500㎛의 크기를 가지도록 분쇄하는 단계이며, 상기 (d)단계는, 상기 분쇄된 유리전구체를 분사로의 상부에 공급하는 단계; 상기 분사로의 하부에서 가열된 기체를 공급하여 상기 유리전구체를 500~700℃의 온도로 가열하여 유리전구체를 유리비드로 제조하는 단계; 및 상기 분사로의 하부에서 상기 유리비드를 회수하는 단계를 포함하며, 상기 분사로는, 원통형의 본체; 상기 본체의 상부 외주면을 따라 형성된 유리전구체 호퍼; 상기 호퍼내의 유리전구체를 상기 본체의 상부로 공급하는 전구체 공급부; 상기 본체의 하단부에 형성되며, 상기 본체의 상부 방향으로 가열된 기체를 공급하는 기체공급부; 상기 기체공급부에 공급되는 기체를 가열하는 가열부; 상기 원통형 본체의 최상단에 위치하며, 가열에 사용된 기체가 배출되는 배출부; 및 상기 본체의 하부에서 조정의 간격을 가지고 위치하며, 유리비드를 회수하는 회수부를 포함하며, 상기 가열부는, 기체가 통과하여 가열되는 가열로; 상기 가열로의 측면에 일정간격으로 배치되는 4~20개의 플라즈마 공급부; 상기 가열로의 일측에 배치되어 상기 가열로로 기체를 공급하는 기체입구; 및 상기 가열로의 타측에 배치되어 가열 완료된 기체가 배출되는 기체출구를 포함하며, 상기 플라즈마 공급부는 10~50kW의 출력을 가지며, 플라즈마의 토출온도가 5000~7000K이며, 상기 기체는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤 또는 제논이며, 상기 배출부에는 집진수단을 추가로 포함하며, 상기 집진수단은, 상기 배출부를 통과한 기체가 접선방향으로 공급되며, 비중이 큰 분진과 비중이 낮은 1차 처리 가스를 원심력으로 분리하는 제1 사이클론 집진기; 및 제1 사이클론 집진기의 상부 외주면을 따라 2~20개가 등간격으로 배열되고, 제1 사이클론 집진기에서 배출되는 1차 처리 가스가 접선방향으로 공급되며, 비중이 큰 분진과 비중이 낮은 2차 처리 가스를 원심력으로 분리하는 다수개의 제2 사이클론 집진기를 포함하며, 상기 제2 사이클론 집진기의 하부 배출구는 상기 제1 사이클론 집진기의 상부에 접선방향으로 연결되며, 상기 제2 사이클론 집진기에서 분리된 분진은 상기 제1 사이클론 집진기의 상부로 분사되어 상기 제1 사이클론 집진기 내부의 가스와 혼합되어 분리되며, 상기 제2 사이클론 집진기의 상부에서 배출되는 기체는 상기 가열로의 기체 입구로 공급되며, 상기 (e)단계는; 제조된 유리비드를 다공성의 판 상부에 공급하는 단계; 상기 다공성의 판을 진동시켜 판 위의 유리비드를 일정한 방향으로 이동시키며 크기에 따라 분리하고 냉각시키는 단계; 및 상기 분리된 유리비드를 회수하는 단계를 포함하며; 상기 다공성의 판은 1~10㎛의 크기로 타공된 하판; 및 10~500㎛의 크기로 타공된 상판을 포함하며, 상기 (f)단계는 상기 냉각되고 분리된 유리비드를 400~600℃로 가열하여 열처리하는 단계인 것을 포함하는 재귀반사성이 우수한 유리비드 제조방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 산화티티늄을 최적의 상분비로 포함함에따라 용융온도가 낮으면서도 굴절률이 높은 유리 조성물을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 유리 비드 제조시 열처리 공정을 수행함에따라 기존의 유리비드에 비하여 높은 내구성을 가지는 유리비드의 제조가 가능하다.

또한 본 발명은 유리 비드 제조시 용융한 다음 성형과정을 진행하므로 기존의 방법에 비하여 기포의 혼입이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 반사율 및 굴절률이 향상된 유리비드의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유리비드 제조방법을 간략히 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 분사로의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가열부의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 공급수단의 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 집진수단을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 집진수단의 상면을 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

본 발명은 SiO2 25~30중량부, Al2O3 10~20중량부, TiO2 10~20중량부, CaO 20~30중량부, MgO 10~15중량부, Na2O 1~3중량부 및 BaO 0.1~0.5중량부를 포함하되, 70%이상의 가시광선 투과율 및 1.9~2.5의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 유리 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 유리 조성물은 SiO2 25~30중량부, Al2O3 10~20중량부, TiO2 10~20중량부, CaO 20~30중량부, MgO 10~15중량부, Na2O 1~3중량부 및 BaO 0.1~0.5중량부를 포함할 수 있다.

고굴절 유리의 경우 다양한 산화물을 이용하여 그 굴절률을 향상시키고 있다. 하지만 이러환 산화물이 유리에 포함되는 경우 유리 가공시 열에 의하여 상호작용을 하는 것으로 실투, 굴절률저하, 유리질 미형성과 같은 불량이 많이 발생하고 있다. 특히 굴절률을 높이기 위하여 투입되는 TiO2와 BaO의 경우 그 함량이 높아질수록 투과율이 낮아지는 실투현상이 발생할 수 있다.

따라서 본 발명의 경우 TiO2와 BaO의 비율을 적절히 조절함과 동시에 다른 종류의 금속산화물을 첨가하는 것으로 굴절률이 높으면서도 투과율이 우수한 유리 비드를 제조할 수 있다.

본 발명의 TiO2는 상기 유리 조성물 100중량부 대비 10~20중량부가 사용될 수 있다. 상기 TiO2가 10중량부 미만으로 사용되는 경우 상기 유리 조성물의 굴절률이 낮아질 수 있으며, 20중량불르 초과하여 사용되는 경우 상기 유리조성물에 실투현상이 발생할 수 있다. 특히 본 발명의 경우 상기 실투형상을 최소화하며, 높은 굴절률과 가공시 편의성을 위하여 바람직하게는 13~16중량부, 가장 바람직하게는 14~15중량부가 사용될 수 있다.

상기 BaO는 상기 유리 조성물에 포함되어 굴절률을 높이는 성분으로 상기 TiO2와 혼합되어 사용되는 경우 TiO2에 의산 실투 현상을 감소시키면서도 굴절률을 더욱 높일 수 있다. 본 발명의 경우 상기 BaO를 0.1~0.5중량부, 바람직하게는 0.2~0.4중량부, 가장 바람직하게는 0.3~0.4중량부를 포함할 수 있다. 상기 BaO가 0.1중량부 미만으로 포함되는 경우 상기 유리 조성물의 굴절률이 떨어질 수 있으며, 0.5중량부를 초과하는 경우 실투 현상이 심해질 수 있다.

상기 굴절률을 높이기 위한 TiO2 및 BaO이외에도 다양한 금속 산화물을 투입하여 실투현상을 감소시키며, 굴절률을 더욱 높일 수 있다. 특히 상기 TiO2 및 BaO의 경우 그 함량이 높아질수록 상기 유리 조성물의 용융온도가 높아지게 되므로 가공이 어려워짐과 동시에 열에 의한 금속산화물의 상소작용이 발생하여 실투 현상이 발생할 수 있다. 따라서 금속산화물을 조합하여 포함하는 것으로 TiO2 및 BaO의 함량을 최소화하면서도 굴절률을 높이되, 결과적으로 용융온도를 낮추는 것이 바람직하다.

이때 사용되는 금속산화물은 Al2O3 10~20중량부, CaO 20~30중량부, MgO 10~15중량부, Na2O 1~3중량부를 사용할 수 있다. 추가적으로 K2O 0.01~0.2중량부, ZrO2 0.01~0.05중량부, CuO 0.001~0.2중량부, SrO 0.001~0.2중량부를 포함할 수 있다.

상기 Al2O3, CaO는 유리 조성물의 주성분중 하나로 유리질의 안정화를 위하여 첨가될 수 있다. 또한 이러한 안정화를 더욱 형상시키기 위하여 본 발명의 경우 ZrO2가 소량 첨가될 수 있다. 이때 상기 Al2O3는 10~20중량부, 바람직하게는 12~18중량부, 가장 바람직하게는 15~16중량부가 포함될 수 있으며, CaO는 20~30중량부, 바람직하게는 24~26중량부, 가장 바람직하게는 25중량부가 포함될 수 있다. ZrO2의 경우 0.01~0.05중량부, 가장 바람직하게는 0.04중량부가 포함될 수 있다. 상기 Al2O3, CaO 및 ZrO2는 상기 범위에서 유리질의 안정화 효과를 최대화할 수 있으며, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 유리질이 불안정화되어 유리질의 형성이 어려울 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 유리질이 과안정화되어 다른 금속산화물이 결정형태로 석출되거나 결정성 유리가 형성되어 불량이 발생할 수 있다.

상기와 같은 조성으로 유리 조성물을 제작하는 경우 70%이상 바람직하게는 75%이상 가장 바람직하게는 80%이상의 가시광선 투과율 및 1.9~2.5의 굴절률을 가질 수 있다. 기존의 고굴절 유리 조성물의 경우 상기 굴절률을 높이기 위하여 다량의 TiO2 및 BaO를 사용하고 있지만 이 경우 가시광성 투과율이 낮아질 수 있다. 하지만 본 발명의 경우 다른 종류의 금속산화물을 최적의 비율로 혼합하여 유리조성물을 제조함에 따라 높은 굴정률을 가짐에도 불구하고 70%이상의 가시광성 투과율을 가지고 있다. 아울러 TiO2 및 BaO의 사용을 최소화함에 따라 상기 유리조성물의 용융점을 700℃미만으로 낮출 수 있어 기존의 고굴절 유리에 비하여 가공성이 우수하면서도 고온에서의 금속 산화물 상호작용을 최소화하여 높은 굴절률과 투과율을 가질 수 있다.

또한 본 발명은 상기 유리 조성물을 이용한 유리비드 제조방법을 개시한다. 기존의 유리비드 제조방법의 경우 용융상태에서 바로 비드형을 제조함과 동시에 냉각을 수행하고 있으므로, 용융된 유리 조성물이 병합될 때 발생하는 기포를 다량 함유할 수 있으며, 이에 따라 가시광선 투과율이 떨어질 수 있다. 아울러 용융된 상태에서 바로 냉각되어 제품으로 제조되므로 제조되는 유리비드의 강도가 감소한다는 단점을 가지고 있다.

따라서 이를 개선하기 위하여 내부에 기포의 발생을 최소화하며 유리비드를 제조함과 동시에 이를 열처리공정을 통하여 강화시키는 것으로 높은 굴절률 및 투과율을 가짐과 동시에 물성이 우수한 유리비드 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 유리비드 제조방법을 간략히 나타낸 것이다.

이를 위하여 본 발명은 (a) SiO2, Al2O3, TiO2, CaO, MgO 및 기타 원료를 혼합하여 유리 비드 원료를 제조하는 단계; (b) 상기 유리비드 원료를 용융시킨 다음 경화시키켜 비드 전구체를 제조하는 단계; (c) 상기 비드 전구체를 일정무게를 가지도록 파쇄하는 단계; (d) 상기 파쇄된 유리전구체를 분사로의 상부에서 공급하며, 상기 분사로의 하부에서 가열된 기체를 공급하여 상기 파쇄된 유리비드 전구체를 유리비드로 전환시키는 단계; (e) 상기 제조된 유리 비드를 크기에 따라 분류하는 단계; 및 (f) 상기 분류된 유리비드를 가열하여 열처리하는 단계를 포함하는 유리비드 제조방법에 관한 것이다.

상기 (a)단계는 상기 유리조성물의 원료를 일정한 비율로 혼합하는 단계로 이때 사용되는 유리 조성물의 원료는 위에서 살펴본 바와 같이 SiO2 25~30중량부, Al2O3 10~20중량부, TiO2 10~20중량부, CaO 20~30중량부, MgO 10~15중량부, Na2O 1~3중량부 및 BaO 0.1~0.5중량부를 포함할 수 있다.

상기와 같은 비율로 혼합된 유리 조성물 원료는 용융된 다음 경화시켜 유리 비드 전구체로 제조될 수 있다. 이‹š 상기 유리비드 전구체는 700~900℃의 온도로 가열하여 용융되는 것이 바람직하다. 위에서 살표본 바와 같이 본 발명의 경우 TiO2 및 BaO의 함량을 최적화하여 고굴절 유리를 제조하고 있으므로 기존의 고굴절유리와는 달리 상대적으로 저온에서 용융이 가능하다. 따라서 상기 유리 원료를 700~900℃로 가열하는 것만으로도 상기 유리원료를 용융시킬 수 있으며, 이에 따라 고온에서 발생하는 금속산화물 사이의 상호작용을 차단할 수 있다.

아울러 이때 제조되는 유리비즈 전구체는 그 형상에 관계없이 제조되어 후술할 과정에서 파쇄되어 사용될 수 있지만, 파쇄와 취급의 용이성을 위하여 1~5cm두께의 판형상으로 제조되는 것이 바람직하다. 또한 상기 용융과정에서 상기 유리 내부에 기포를 제거하기 위하여 상기 용융과정은 0.1~0.8기압의 저압에서 수행될 수 있다. 상기와 같은 저압에서 수행되는 경우 상기 용융과정에서 혼입되는 기포를 용이하게 제거할 수 있으며, 이는 본발명에 의하여 제조되는 유리비드 내의 기포를 최소화하여 투과율을 최대화할 수 있다. 이때 상기 용융과정의 압력이 0.1기압 미만인 경우 감압에 필요한 비용이 늘어나 비효율적이며, 0.8기압이상을 유지하는 경우 감압이 완전하지 않아 기포의 제거가 어려울 수 있다.

상기와 같이 제조된 유리비드 전구체는 일정한 평균직경을 가지도록 분쇄될 수 있다. 이때 상기 유리비드 전구체의 분쇄크기에 따라 뒤에 제작되는 유리비드의 크기가 정해지므로 상기 유리비드전구체의 분쇄크기를 조절하는 것으로 유리비드의 크기를 조절할 수 있다. 기존의 유리비드 제조방법의 경우 용융된 유리를 분무한 다음, 이를 식혀서 일정한 크기로 제작하고 있지만, 이 경우 용융된 유리의 표면이 경화되기 이전 각 유리비드가 병합되어 크기가 큰 유리비드가 제작되거나 두개가 접착되는 등의 많은 불량이 발생하고 있다. 하지만 본 발명의 경우 상기와 같이 유리비드 전구체를 제작하여 분쇄하는 과정에서 유리비드의 크기가 정해지게되므로 크기가 상이하거나 이상병합된 유리비드를 최소할 수 있다. 이때 상기 유리비드 전구체는 평균입경이 10~500㎛의 크기를 가지도록 분쇄될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 유리비드의 경우 10~500㎛의 크기를 가지고 있으므로 이와 동일한 평균입경을 가지도록 유리비드 전구체를 분쇄하는 것이 바람직하며, 상기 전구체의 크기는 각 용도 및 원하는 크기에 따라 적절히 가감할 수 있다.

상기와 같이 분쇄된 유리비드 전구체는 상기 파쇄된 유리전구체를 분사로의 상부에서 공급하며, 상기 분사로의 하부에서 가열된 기체를 공급하여 상기 파쇄된 유리비드 전구체를 유리비드로 전환시킬 수 있다. 기존의 유리 비드 제조방법의 경우 용융된 유리를 상기와 같은 분사로에 직접 분사하여 구형으로 성형함과 동시에 냉각하고 있었지만, 이 경우 위에서 살펴본 바와 같이 많은 불량률을 보일 수 있다. 또한 유리비드의 크기를 키우기 위하여 분사이후 냉각과정에서 병합이 되도록 조절하는데 이 경우 병합시 기포가 혼입되어 가시광선 투과율이 낮아지는 불량을 보이고 있다. 본 발명의 경우 상기와 같이 일정크기로 분쇄된 유리비드 전구체를 공급하면서 용융온도 미만의 열을 가하여 유리의 표면만을 구형으로 성형할 수 있으며, 이에 따라 병합에 의한 불량 및 기포의 혼입으로 인한 불량을 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이를 위하여 상기 (d)단계는, 상기 분쇄된 유리전구체를 분사로의 상부에 공급하는 단계; 상기 분사로의 하부에서 가열된 기체를 공급하여 상기 유리전구체를 500~700℃의 온도로 가열하여 유리전구체를 유리비드로 제조하는 단계; 및 상기 분사로의 하부에서 상기 유리비드를 회수하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 유리비드 전구체는 상기 분사로의 상부에서 공급될 수 있다. 상기 유리비드 전구체는 상기 분사로의 내부를 낙하하며 일정한 구형으로 성형될 수 있으므로 상기 분사로의 상부에서 공급될 수 있다. 또한 이 경우 후술할 기체의 유속을 조절하는 것으로 상기 분사로 내부를 일종의 유동층 반응기와 같이 형성할 수 있으며, 이를 통하여 상기 유리비드 전구체의 체류시간을 조절하여 상기 유리비드 전구체가 구형으로 성형될 수 있는 시간을 확보하는 것이 가능하다.

상기 분사로에 공급된 유리 전구체는 500~700℃로 가열되어 성형될 수 있다. 이 온도내에서는 상기 유리 전구체가 연화되기는 하지만 완전히 용융되지 않으므로 각 유리 전구체 사이에 병합이 일어나지 않으면서도 공급되는 기체로 인하여 구형으로 성형되는 것이 가능하다. 이때 상기 유리전구체가 500℃미만으로 가열되는 경우 구형으로 성형이 일어나지 않으며, 700℃를 초과하는 온도로 가열되는 경우 전구체 사이에 병합이 일어나 불량이 발생할 수 있다.

상기와 같이 성형된 유리비드는 상기 분사로의 하부로 가라앉게 되며 이를 회수하여 다음단계를 진행할 수 있다.

상기 분사로(100)는 상기 유리 전구체를 가열하여 구형으로 성형하기 위하여 사용되는 부분으로, 원통형의 본체; 상기 본체의 상부 외주면을 따라 형성된 유리전구체 호퍼; 상기 호퍼내의 유리전구체를 상기 본체의 상부로 공급하는 전구체 공급부; 상기 본체의 하단부에 형성되며, 상기 본체의 상부 방향으로 가열된 기체를 공급하는 기체공급부; 상기 기체공급부에 공급되는 기체를 가열하는 가열부; 상기 원통형 본체의 최상단에 위치하며, 가열에 사용된 기체가 배출되는 배출부; 및 상기 본체의 하부에서 조정의 간격을 가지고 위치하며, 유리비드를 회수하는 회수부를 포함할 수 있다(도 2참조).

상기 원통형의 본체(110)는 상기 유리 전구체가 낙하하며 구형으로 성형되는 부분으로, 상기 유리전구체가 원활한 유동상을 형성할 수 있도록 원통형의 본체를 가지는 것이 바람직하다.

상기 유리전구체 호퍼(120)는 상기 본체에 공급되는 유리전구체를 일정시간동안 보관하기 위하여 설치되는 것으로 상기 본체(110)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 유리전구체는 위에서 살펴본 바와 같이 분쇄된 다음 공급될 수 있다. 하지만 이러한 분쇄공정은 일정한 속도로 이루어지지 않을 수 있으며, 배치(Batch)방식으로 수행될 수도 있다. 하지만 본 발명의 분사로의 경우 한번 가동되면 열효율 문제로 인하여 지속적으로 가동되는 것이 바람직하므로, 상기 호퍼(120)를 이용하여 상기 유리비드 전구체를 일정시간동안 보관하는 것이 바람직하다. 즉 상기 유리비드 전구체를 분쇄된 다음, 순차적으로 상기 호퍼에 공급되며, 상기 호퍼(120)는 이를 일정기간 저장하면서 균일한 속도로 상기 분사로 본체(110)에 공급하는 것으로 상기 분사로가 연속가동될 수 있도록 할 수 있다. 이때 상기 호퍼(120)는 상기 분사로 본체(110)의 외주면을 따라 2~10개가 균일한 간격으로 형성되거나 균일한 간격을 가지는 공급부가 2~10개가 형성될 수 있다. 이를 통하여 상기 분사로의 상부를 통하여 상기 유리 비드 전구체가 균일하게 공급될 수 있다.

또한 상기 호퍼(120)는 상기 유리비드 전구체를 보관하기 위한 형상이라면 제한없이 사용할 수 있지만 바람직하게는 하부가 상부에 비하여 직경이 좁아지는 형태로 제작되어 유리비드 전구체의 공급이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전구체 공급부(130)는 상기 호퍼(120) 내부의 유리비드 전구체를 상기 분사로의 상부에 공급하는 부분으로 상기 호퍼(120)가 하부가 상부에 비하여 직경이 좁아지는 형태로 제작될 때 일측이 상기 호퍼(120)의 최하단에 연결되고 타측이 상기 분사로 본체(1120)의 상부에 연결되어 상기 유리비드 전구체를 상기 분사로 방향으로 공급할 수 있다. 다만 본 발명에 사용되는 유리비드 전구체의 경우 유동성을 가지고 있지 않기 때문에 상기 전구체 공급부는 컨베이어 벨트형으로 제작되거나 진동이송기형으로 제작되어 상기 유리비드 전구체를 이동시킬 수 있다.

특히 상기 진동이송기의 경우 상기 호퍼(120)와 연결되는 일측이 상기 분사로 본체(110)와 연결되는 타측에 비하여 높은 위치에 형성되며, 이송기 자체가 일정한 속도로 진동함에 따라 상기 유리비드 전구체가 중력에 의하여 상기 분사로 방향으로 이동될 수 있으며, 분사로 내부의 고열과 접촉하는 경우에도 고장이 최소화될 있으므로 진동이송기를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 기체 공급부(140)는 가열된 기체를 공급하여 상기 유리비드 전구체를 가열함과 동시에 상기 분사로의 하부에서 상부방향으로 공급되어 상기 유리비드 전구체를 상기 분사로 내부에서 일정시간 동안 부유하게 만드는 역할을 수행한다. 따라서 상기 기체 공급부는 상기 분사로 본체(110)의 하단에 위치하며, 분사로의 상부방향으로 가압 및 가열된 공기를 공급할 수 있다.

상기와 같은 기체의 공급에 의하여 상기 분사로 내부에는 일종의 유동층 반응기가 형성될 수 있으며, 이는 상기 유리비드 전구체가 열에 의하여 유리비드로 성형될 시간을 확보할 수 있다는 것을 의미한다.

이때 사용되는 기체는 상기 유리 및 유리에 포함되는 금속산화물과의 반응을 최소화하기 위하여 불활성 기체가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤 또는 제논, 가장 바람직하게는 질소가 사용될 수 있다.

상기 기체는 가열되어 공급되어야 하므로 상기 기체공급부(140)에 공급되는 기체를 가열하는 가열부(200)를 구비할 수 있다. 기존에 사용되는 기체 가열설비의 경우 대부분 화석연료를 연소시켜 원하는 온도를 얻고 있다. 하지만 이러한 화석연료를 연소하는 방법의 경우 화석연료에서 발생되는 탄소성 물질 및 수증기 등이 상기 유리비드의 표면에 흡착되거나 유리 또는 금속산화물과 반응하여 유리비드의 불량을 가져올 수 있다. 따라서 본 발명의 경우 이러한 화석연료를 이용한 가열 시스템을 대신하여 플라즈마를 이용한 가열설비를 사용하는 것으로 상기 유리비드의 불량률을 감소시킬 수 있으며, 특히 가시광성투과율을 최대화할 수 있다.

이를 위하여 상기 가열부는, 기체가 통과하여 가열되는 가열로; 상기 가열로의 측면에 일정간격으로 배치되는 4~20개의 플라즈마 공급부; 상기 가열로의 일측에 배치되어 상기 가열로로 기체를 공급하는 기체입구; 및 상기 가열로의 타측에 배치되어 가열 완료된 기체가 배출되는 기체출구를 포함할 수 있다(도 3 참조).

상기 가열로(210)는 상기 가열부의 본체를 구성하는 부분으로 일측에서 기체가 공급(230)되며, 타측으로 가열된 기체를 배출(240)하는 형상을 구성할 수 있다. 또한 상기 가열로의 측면에는 4~20개의 플라즈마 공급부(220)가 설치되어 상기 가열로를 통과하는 기체를 가열할 수 있다.

이때 상기 플라즈마 공급부(220)는 10~50kW의 출력을 가지며, 플라즈마의 토출온도가 5000~7000K인 것이 바람직하다. 상기 출력 및 상기 토출온도는 상기 기체의 유입온도 및 배출온도에 따라 가변할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하며, 특히 상기 출력을 조절하는 것으로 상기 기체의 최종 유출온도를 조절할 수 있다. 이때 상기 플라즈마 공급부가 10kW 미만의 출력 또는 5000K미만의 온도를 가지는 경우 상기 기체를 원활하게 원하는 온도로 가열할 수 없으며, 50kW를 초과하는 출력 또는 7000K이상의 온도를 가지는 경우 상기 기체가 과도하게 가열되어 분사로내의 유리비드가 용융될 수 있다(도 4 참조).

상기 배출부(150)는 상기 유리비드를 가열하는 것에 사용된 기체가 배출되는 부분으로, 산기 유리비드 전구체에서 발생한 유리분진이 포함되어 배출될 수 있다. 따라서 상기 배출부에는 집진수단을 설치하여 이러한 유리 분진의 배출을 막을 수 있으며, 또한 상기 기체를 재활용하여 운용비용을 줄이는 것이 바람직하다.

이를 위하여 상기 집진수단(300)은 상기 배출부를 통과한 기체가 접선방향으로 공급되며, 비중이 큰 분진과 비중이 낮은 1차 처리 가스를 원심력으로 분리하는 제1 사이클론 집진기; 및 제1 사이클론 집진기의 상부 외주면을 따라 2~20개가 등간격으로 배열되고, 제1 사이클론 집진기에서 배출되는 1차 처리 가스가 접선방향으로 공급되며, 비중이 큰 분진과 비중이 낮은 2차 처리 가스를 원심력으로 분리하는 다수개의 제2 사이클론 집진기를 포함할 수 있다.

상기와 같이 분사로의 상부로 배출되는 기체는 제1 사이클론 집진기(310)에 공급될 수 있다. 이때 상기 분사로의 상부로 배출되는 기체의 경우 상기 제1 사이클론 집진기(310)의 외주면 접선방향으로 공급됨(311)에 따라, 제1 사이클론 집진기의 내부에서 회전하게 되며, 이러한 회전에 의하여 비중이 높은 유리분진은 사이클론의 외면을 따라 하부의 배출구로 배출될 수 있다. 아울러 비중이 낮은 기체는 제1 사이클론 집진기(310)의 중심부에 존재하게 되며, 이 중심부에 존재하는 비중이 낮은 기체는 제2 사이클론 집진기(320)에 공급되어 2차 분리를 수행하게 된다.

또한 상기 기체의 경우 상기 사이클론 집진기를 가동시키기에 충분한 압력을 가지지 못할 수 있다. 이를 개선하기 위하여 상기 기체는 상기 분사로를 통과한 다음 가압수단을 통하여 가압되는 것이 바람직하다. 상기 가압수단은 상기 기체를 가압할 수 있는 수단이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 상기 기체를 1.2~5bar로 가압하여 공급하는 것이 바람직하다. 1.2bar 미만으로 가압하여 공급하는 경우 사이클론 집진기 내부에서 충분한 원심력을 형성하지 못하므로 집진효율이 떨어질 수 있으며, 5bar 이상으로 가압하여 공급되는 경우 고압을 견디기 위한 사이클론 집진기의 제작비용이 많이 필요하므로 비경제적이다.

상기와 같이 제1 사이클론 집진기(310)에서 분리된 기체(1차 처리 기체)는 제2 사이클론 집진기(320)로 공급된다. 이때 상기 1차 처리 기체는 상기 분사로에서 공급되는 기체와 동일하게 제2사이클론 집진기(320)의 접선방향으로 공급(321)되어 제2 사이클론 집진기 내부에서 회전하며 원심력에 의하여 분진을 제거할 수 있다. 이후 분진과의 분리가 끝난 제2 처리기체는 제2 사이클론 집진기의 상부에 위치하는 배출구(323)를 통하여 외부로 배출될 수 있으며, 이 기체는 상기 가열부(200)로 공급되어 재가열되어 상기 분사로로 재순환되어 사용될 수 있다.

상기 제2 사이클론 집진기(320)는 상기 제1 사이클론 집진기(310) 상부의 외주면을 따라 2~20개가 배열되어 있을 수 있다. 상기 제2 사이클론 집진기는 상기 제1 사이클론 집진기에서 배출되는 제1 처리 기체를 공급받아 처리하게 된다. 하지만 상기 제1 처리 기체는 제1 사이클론 집진기로 공급되는 기체보다 낮은 압력을 가지게 됨과 동시에 입도가 작은 분진을 함유하고 있으므로, 상기 제1 사이클론 집진기와 동일한 크기의 사이클론 집진기를 사용하면 그 효율이 감소할 수 있다. 따라서 제1 사이클론 집진기보다 작은 크기를 가지는 제2 사이클론 집진기를 사용하는 것으로 작은 크기의 분진을 저압에서도 효율적으로 분리할 수 있도록 할 수 있다. 아울러 처리용량을 확보하기 위하여 2~10개를 배열하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제2 사이클론 집진기(320)는 배출되는 분진을 상기 제1 사이클론 집진기(310)로 재투입하고 있으므로, 상기 제1 사이클론 집진기(310)의 상부에 위치하는 것이 바람직하다. 제2 사이클론 집진기가 제1 사이클론 집진기의 중단 또는 하단에 위치하는 경우 상기 제2 사이클론 집진기에서 배출되는 분진을 제1 사이클론 집진기의 상부까지 운송하는 추가적인 설비가 필요하며, 운송이후 분사하기 위한 가압이 필요할 수도 있어 처리비용의 상승이 있을 수 있다.

또한 상기 제2 사이클론 집진기(320)는 2~20개가 배열되어 사용될 수 있다. 상기 제2 사이클론 집진기가 1개만 사용되는 경우 동일한 처리효과를 가지기 위하여 제2 사이클론 집진기의 크기가 커지게 되어 공간 활용이 불리할 수 있으며, 20개 이상의 제2사이클론 집진기를 사용하는 경우 제작비용이 상승함과 더불어 제2사이클론 집진기 내부의 압력이 낮아져 집진효율이 떨어질 수 있다.

상기 제2 사이클론 집진기(320)와 제1 사이클론 집진기(310)의 내부 부피 비는 1:2~1:100일 수 있다. 상기 제2 사이클론 집진기의 내부 부피의 합이 상기 제1 사이클론 집진기의 내부 부피보다 큰 경우 상기 제2 사이클론 집진기의 내부 압력이 낮아져 원활한 집진이 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 상기 제2 사이클론 집진기 내부부피의 합은 상기 제1 사이클론 집진기 내부부피 보다 작은 것이 바람직하며, 이를 각각의 사이클론에 적용하면 제2 사이클론 집진기와 제1 사이클론 집진기의 내부 부피 비는 1:2~1:100인 것이 바람직하다. 상기 부피의 비가 1:2인 경우 제2 사이클론 집진기의 내부 압력이 떨어져 분진의 분리가 원활하기 않을 수 있으며, 1:100이상의 부피비를 가지는 경우 필요한 제2 사이클론 집진기의 개수가 많아지게 되어 제작시 많은 비용이 발생할 수 있다.

상기 제2 사이클론 집진기에서 수집된 분진은 상기 제2 사이클론 집진기의 하부로 배출(322)되며, 이 분진은 상기 제1사이클론 집진기(310)에 공급되는 기체와 혼합되어 공급될 수 있다. 즉 상기 집진수단에서 수집되는 분진은 상기 제1 사이클론 집진기의 하부를 통해서만 배출(312)될 수 있으며, 이러한 분진의 재집진방식으로 인하여 기체와 혼합되어 외부로 배출되는 분진의 양을 최소화할 수 있다. 특히 본 발명의 경우 상기 기체를 플라즈마를 이용하여 재가열하고 있으므로 상기 분진리 상기 기체와 혼합되어 배출되는 경우 가열부에 유리가 녹아 침착될 수 있다. 따라서 상기와 같이 다단의 집진수단을 사용하는 것으로 유리의 침착을 최소화하는 것이 바람직하다.

상기 (e)단계는 상기 분사로의 하부에서 회수된 유리비드를 크기에 따라 분류하는 단계로 원하는 크기의 비드를 선별하는 단계이다. 본 발명의 방법으로 제작되는 유리비드는 일정한 크기를 가지도록 제작될 수 있지만 상기 성형과정에서 일부가 파쇄되거나 병합되어 크기가 상이한 유리비드가 제작될 수 있다. 또한 상기 유리비드 전구체를 제작하는 과정에서 크기가 상이하게 분쇄된 비드가 혼입되는 경우 크기가 다른 유리비드가 제작되는 것도 가능하다. 따라서 이러한 크기가 상이한 유리비드를 제거하기 위하여 분사로 하부에서 회수된 유리비드는 일정한 크기로 선별될 수 있다.

이를 위하여 상기 (e)단계는; 제조된 유리비드를 다공성의 판 상부에 공급하는 단계; 상기 다공성의 판을 진동시켜 판 위의 유리비드를 일정한 방향으로 이동시키며 크기에 따라 분리하고 냉각시키는 단계; 및 상기 분리된 유리비드를 회수하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 유리비드는 유동성을 가지지 않으므로 이동시 진동이동기를 사용하거나 컨베이어벨트를 사용할 수 있다. 특히 진동이동기의 경우 구동되는 부분이 적으며, 고온에서도 사용이 옹이하여 이를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 경우 상기 진동이동기의 이송부 즉 유리비드와 접촉되는 부분에 다공성의 판을 설치하는 것으로 상기 진동이동기를 이용한 이동 및 크기에 따른 분류를 동시에 수행할 수 있다.

이때 상기 다공성의 판은 1~10㎛의 크기로 타공된 하판; 및 10~500㎛의 크기로 타공된 상판을 포함할 수 있다. 위에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 유리비드의 경우 그 사용목적에 따라 10~500㎛의 크기를 가질 수 있다. 따라서 이 범위를 벗어나는 유리비드의 경우 병합되거나 깨진 불량품이므로 이를 제거하는 것이 바람직하다. 즉 상기 하판을 1~10㎛의 크기로 타공하고 상판을 10~500㎛의 크기로 타공한 다음, 상기 상판의 상부로 상기 유리비드를 공급하여 이동시키는 경우 상기 상판과 하판의 사이공간에 원하는 크기의 유리비드가 존재할 수 있다. 이를 더욱 확장하여 상기 상판과 하판사이에 일전한 크기로 타공된 다수의 판을 삽입하는 경우 상기 유리비드를 크기에 따라 분류하는 것도 가능하며, 이 경우 각 크기에따른 적절한 유리비드를 선별하는 것도 가능하다.

또한 상기 다공성의 판을 이용한 진동이동기의 경우 상기 분사로에서 회수된 유리비드가 이동하며 냉각되는 역할을 수행할 수 있다. 상기 진동이동기의 경우 진동을 공급하여 상기 유리비드를 이동시킴에 따라 각 유리비드 사이에 적절한 공극이 형성될 수 있다. 또한 본 발명의 경우 진동이동을 위하여 타공판을 사용하고 있디 때문에 상기 유리비드 사이로 적절한 통기성을 유지하는 것이 가능하다. 따라서 상기 진동이동판의 길이를 적절히 유지하는 것으로 상기 유리비드의 이동시 적절한 온도로 냉각시키는 것이 가능하다.

상기와 같이 분류된 유리비드는 열처리단계를 수행할 수 있다. 기존의 유리비드의 경우 균일한 크기를 가지지 못하므로 열처리가 용이하지 못하였지만 본 발명의 경우 균일한 크기를 가지는 유리비드를 제조할 수 있으므로, 이를 열처리하여 유리비드의 강도를 높이는 것이 바람직하다.

이를 위하여 (f)단계는 상기 냉각되고 분리된 유리비드를 400~600℃로 가열하여 열처리하는 단계일 수 있다.

상기 냉각된 유리비드의 경우 일반적으로 사용되는 우리와 동일한 강도를 가지고 있다. 하지만 본 발명의 유리비드는 주로 실외에서 사용된다 더불어 일부는 도로 차선도색용으로 사용됨에따라 유리의 내구성에 비하여 과도한 하중이 가해질 수 있다. 따라서 상기 유리비드를 열처리하는 것으로 상기 유리의 강도를 대폭향상시킬 수 있다. 이대 상기 열처리 온도가 400℃미만인 경우 열처리 효과를 기대하기 어려우며, 600℃를 초과하는 경우 상기 유리비드가 연화되어 구형을 유지할 수 없다.

상기와 같이 제조된 유리비드는 성원율 즉 원형도가 80%이상을 가질 수 있다. 상기 성원율을 유리비드의 단면에 원에서 벗어나는 정도를 수치화 한것으로 본 발명의 경우 상기 유리비드의 단면이 평균적으로 원형의 80% 이상에 해당하는 면적을 차지하고 있음을 의미한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

시험예 1

SiO2, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O, K2O, ZrO2, CuO, SrO 및 BaO를 하기의 표 1과 같은 비율로 조합하여 각각의 굴절률, 실투 발생여부 및 용융점를 측정하였다.

	유리비드 조성(중량부)											시험결과
	SiO2	Al2O3	TiO2	CaO	MgO	Na2O	K2O	ZrO2	CuO	SrO	BaO	굴절률	실투	용융점
실시예1	30	16	15	25	13	1.4	0.1	0.04	0.01	0.34	0.1	1.98	X	843℃
실시예2	30	16	5	25	13	1.4	0.1	0.04	0.01	0.34	0.1	1.65	X	795℃
실시예3	30	16	25	25	13	1.4	0.1	0.04	0.01	0.34	0.1	2.01	O	956℃
실시예4	30	16	15	25	13	1.4	0.1	0.04	0.01	0.34	0	1.68	X	831℃
실시예5	30	16	15	25	13	1.4	0.1	0.04	0.01	0.34	1	1.95	O	895℃
실시예6	30	16	15	25	5	1.4	0.1	0.04	0.01	0.34	0.1	1.85	O	816℃
실시예7	30	16	15	25	20	1.4	0.1	0.04	0.01	0.34	0.1	1.43	X	949℃
실시예8	30	16	15	25	13	0.1	0.1	0.04	0.01	0.34	0.1	1.84	O	824℃
실시예9	30	16	15	25	13	5	0.1	0.04	0.01	0.34	0.1	1.15	X	895℃
실시예10	30	16	15	25	13	1.4	0	0	0	0	0.1	1.97	O	891℃

표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1의 경우 실투 현상이 없으면서도 높은 굴절률을 가지는 것으로 나타났다. 하지만 비율을 달리한 실시예 2~10의 경우 그 비율에 따라 굴절률이 감소하거나(실시예 2, 4, 7, 10) 굴절률이 감소하지 않더라도 실투현상이 발생(실시예 3, 5, 6, 8, 10)하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 본 발명의 실시예 1의 경우 843℃의 용융점을 가지는 것으로 나타났지만, 티타늄을 비롯한 금속산화물의 첨가량이 늘어날수록 용융점이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.

하기의 실험은 실시예 1의 조성을 가지는 유리 조성물을 이용하여 진행하였다.

실시예 11

상기 실시예 1의 비율로 제작된 유리 조성물을 용융시켜 두께 10mm의 판형상으로 가공한 다음. 이를 평균입경 50㎛의 크기로 분쇄하여 유리비드 전구체를 제조하였다.

상기 분쇄된 유리비드 전구체를 도()에 나타난 분사로의 상부에서 공급하며, 상기 분사로의 하부에서 가열된 질소가스를 공급하여 600℃온도로 가열하여 구형으로 성형하였다.

이때 상기 질소가스는 도()에 나타난 플라즈마 가열수단을 이용하여 가열하여 공급하였으며, 이때 플라즈마 공급기 가열부의 양측에 각각 5개씩 등간격으로 배열하였으며 35kW의 출력 및 6000K의 토출온도로 운전되었다.

상기와 같이 성형된 유리비드는 상기 분사로의 하부에서 회수되었으며, 진동이동기를 이용하여 열처리 공정으로 이동됨과 동시에 냉각 및 크기에 따라 분류되었다.

열처리 공정에서는 상기 유리비드를 550℃로 가열하여 열처리를 수행하였다.

실시예 12

상기 실시예 1에서 분사로의 상부에 직접 용융된 유리를 공급 및 분사하여 유리비드를 제조한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

실시예 13

상기 실시예 1에서 플라즈마 가열수단 대신 기존의 화석연료(LPG)버너를 이용하여 기체를 가열한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

실시예 14

상기 실시예 1에서 질소기체 대신 공기를 사용한 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

실시예 15

상기 실시예 1에서 열처리를 수행하지 않은 것을 제외하고 동일하게 실시하였다.

시험예 2

상기 실시예 11~15에서 제조된 유리비드를 이용하여 불량률, 응력 및 평균 파단강도를 측정하였다. 불량률의 경우 육안검사를 통하여 내부기포, 모양이상, 파쇄 등이 발생한 비율을 조사하였으며, 유리비드의 강도 평가 방법은 4축 밴딩 테스트를 실시하였다. 강도의 평가기준은 총 10개 시편을 측정한 파단강도의 평균값을 측정하였다.

	불량률	응력(Mpa)	파단강도(Mpa)
실시예 11	13%	618.4	894.1
실시예 12	35%	594.7	846.6
실시예 13	26%	587.4	874.1
실시예 14	31%	598.1	887.4
실시예 15	15%	219.7	541.8

상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 11의 경우 그 불량률이 15%미만으로 유리비드로 사용이 적합한 것으로 나타났다. 하지만 용융된 유리를 직접 분사한 실시예12, 화석연료버너를 사용한 실시예 13, 공기를 사용한 실시예 14의 경우 불량률이 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 열처리를 실시하지 않은 실시예 15의 경우 응력 및 파단강도가 저하되어 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 유리비드에 비하여 강도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100 : 분사로
110 : 분사로 본체
120 : 유리전구체 호퍼
130 : 전구체 공급부
140 : 기체공급부
150 : 배출부
160 : 회수부
200 : 가열부
210 : 가열로
220 : 플라즈마 공급수단
230 : 기체입구
240 : 기체출구
300 : 집진수단
310 : 제1 사이클론 집진기
311 : 기체입구
312 : 분진 배출구
320 : 제2사이클론 집진기
321 : 1차 처리기체 입구
322 : 분진배출구
323 : 2차 처리기체 출구

Claims (2)

1. (a) 유리 비드 원료를 제조하는 단계;
   (b) 상기 유리비드 원료를 용융시킨 다음 경화시키켜 비드 전구체를 제조하는 단계;
   (c) 상기 비드 전구체를 일정크기를 가지도록 파쇄하는 단계;
   (d) 상기 파쇄된 유리전구체를 분사로의 상부에서 공급하며, 상기 분사로의 하부에서 가열된 기체를 공급하여 상기 파쇄된 유리비드 전구체를 유리비드로 전환시키는 단계;
   (e) 상기 제조된 유리 비드를 크기에 따라 분류하는 단계; 및
   (f) 상기 분류된 유리비드를 가열하여 열처리하는 단계;
   를 포함하는 유리비드 제조방법이며,
   상기 유리비드 원료는 SiO2 25~30중량부, Al2O3 10~20중량부, TiO2 10~20중량부, CaO 20~30중량부, MgO 10~15중량부, Na2O 1~3중량부 및 BaO 0.1~0.5중량부를 포함하며,
   상기 (b)단계는 700~900℃의 온도로 가열하여 용융시키는 단계이며,
   상기 (c)단계는 상기 비드전구체를 평균입경이 10~500㎛의 크기를 가지도록 분쇄하는 단계이며,
   상기 (d)단계는,
   상기 분쇄된 유리전구체를 분사로의 상부에 공급하는 단계;
   상기 분사로의 하부에서 가열된 기체를 공급하여 상기 유리전구체를 500~700℃의 온도로 가열하여 유리전구체를 유리비드로 제조하는 단계; 및
   상기 분사로의 하부에서 상기 유리비드를 회수하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 분사로는,
   원통형의 본체;
   상기 본체의 상부 외주면을 따라 형성된 유리전구체 호퍼;
   상기 호퍼내의 유리전구체를 상기 본체의 상부로 공급하는 전구체 공급부;
   상기 본체의 하단부에 형성되며, 상기 본체의 상부 방향으로 가열된 기체를 공급하는 기체공급부;
   상기 기체공급부에 공급되는 기체를 가열하는 가열부;
   상기 원통형 본체의 최상단에 위치하며, 가열에 사용된 기체가 배출되는 배출부; 및
   상기 본체의 하부에서 조정의 간격을 가지고 위치하며, 유리비드를 회수하는 회수부;
   를 포함하며,
   상기 가열부는,
   기체가 통과하여 가열되는 가열로;
   상기 가열로의 측면에 일정간격으로 배치되는 4~20개의 플라즈마 공급부;
   상기 가열로의 일측에 배치되어 상기 가열로로 기체를 공급하는 기체입구; 및
   상기 가열로의 타측에 배치되어 가열 완료된 기체가 배출되는 기체출구;
   를 포함하며,
   상기 플라즈마 공급부는 10~50kW의 출력을 가지며, 플라즈마의 토출온도가 5000~7000K이며,
   상기 기체는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤 또는 제논이며,
   상기 배출부에는 집진수단을 추가로 포함하며,
   상기 집진수단은,
   상기 배출부를 통과한 기체가 접선방향으로 공급되며, 비중이 큰 분진과 비중이 낮은 1차 처리 가스를 원심력으로 분리하는 제1 사이클론 집진기; 및
   제1 사이클론 집진기의 상부 외주면을 따라 2~20개가 등간격으로 배열되고, 제1 사이클론 집진기에서 배출되는 1차 처리 가스가 접선방향으로 공급되며, 비중이 큰 분진과 비중이 낮은 2차 처리 가스를 원심력으로 분리하는 다수개의 제2 사이클론 집진기;
   를 포함하며,
   상기 제2 사이클론 집진기의 하부 배출구는 상기 제1 사이클론 집진기의 상부에 접선방향으로 연결되며,
   상기 제2 사이클론 집진기에서 분리된 분진은 상기 제1 사이클론 집진기의 상부로 분사되어 상기 제1 사이클론 집진기 내부의 가스와 혼합되어 분리되며,
   상기 제2 사이클론 집진기의 상부에서 배출되는 기체는 상기 가열로의 기체 입구로 공급되며,
   상기 (e)단계는;
   제조된 유리비드를 다공성의 판 상부에 공급하는 단계;
   상기 다공성의 판을 진동시켜 판 위의 유리비드를 일정한 방향으로 이동시키며 크기에 따라 분리하고 냉각시키는 단계; 및
   상기 분리된 유리비드를 회수하는 단계;
   를 포함하며;
   상기 다공성의 판은
   1~10㎛의 크기로 타공된 하판; 및
   10~500㎛의 크기로 타공된 상판;
   을 포함하며,
   상기 (f)단계는 상기 냉각되고 분리된 유리비드를 400~600℃로 가열하여 열처리하는 단계인 것을 포함하며,
   상기 유리비드는 70%이상의 가시광선 투과율 및 1.9~2.5의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 재귀반사성이 우수한 유리비드 제조방법.
   
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