KR102351704B1

KR102351704B1 - 페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102351704B1
Application number: KR1020210052028A
Authority: KR
Inventors: 김상곤
Original assignee: 김상곤
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-01-13

Abstract

본 발명은, 망간계 페라이트를 포함하는 제1 페라이트 슬러지 조성물; 니켈계 페라이트를 포함하는 제2 페라이트 슬러지 조성물; 및 부여 장석, 활석, 카오린, 탄산칼슘(Ca2CO3), 및 인산칼슘(Ca3(PO4)2)을 포함하는 통상의 유약원료를 포함하는 페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물을 제공한다.

Description

페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물 및 이의 제조방법{Black Glace Composition for Ceramic Ware Comprising Ferrite Sludge and Preparation Method thereof}

본 발명은 페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로 유약이란, 도자기의 표면에 점착되는 얇은 유리층으로서 도자기의 흡수성을 저하시키고 심미감을 표출시키며 도자기를 튼튼하게 하는 역할을 한다.

즉, 유약은 도자기나 옹기류 등의 표면에 칠해지고 열처리 융착되어 그 표면에 광택 또는 무광택의 표면층을 형성시키기 위하여 사용되는 제제로서 투수성을 없애고 미적 효과를 증가시키며 도자기의 강도를 향상시킬 수 있다. 도자기에 표면에 칠해져서 소성에 의해 광택을 띄게 하는 유약은 통상 장석, 규석, 고령토, 석회석, 활석, 형석, 골분을 주성분으로 구성될 수 있다.

한편, 흑색 등의 어두운 색깔을 내는 유약을 제조하기 위해서는 산화철, 산화코발트, 산화크롬 등의 발색산화물을 첨가하여야 한다. 첨가되는 이들 발색산화물의 원료 가격은 여타 다른 유약 원료가격에 비하여 매우 고가로서 흑색 등의 어두운 색깔 유약 제조비용의 70% 를 차지할 정도이다. 흑색의 유약은 그 특유의 차분한 분위기와 깔끔한 미감으로 인해 수요가 많으나 이와 같은 경제적인 측면으로 인하여 공급이 현저히 적어 도자 산업 내 실효성이 낮은 실정이다.

종래기술인 등록특허 제 10-1185607호의 그을림 흑색 유약의 제조 방법 및 이에 의한 그을림 흑색 유약은 유약을 제조하는 공정이 자세히 개시되어 있긴 하나 기존의 고가의 재료를 그대로 사용하며 제조 공정 역시 여러 단계를 거치는 등 복잡하여 경제적 측면을 고려하지 않았다는 단점이 있다.

이에 본 발명자는 보다 경제적이고 고급스러운 흑색의 자연미를 살릴 수 있는 도자기용 유약을 개발하고자 예의 연구를 거듭하였고, 그 결과 페라이트 슬러지를 첨가하여 유약을 제조하는 경우, 기존 흑색 유약 가격에 비하여 현저히 저렴한 유약을 제조할 수 있으며, 이를 도자기에 적용하는 경우 부드럽고 따뜻한 느낌과 자연발생적인 독특한 심미감을 갖는 무늬를 띄는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 일 목적은 보다 경제적인 흑색 등의 어두운 색깔을 내는 도자기용 유약 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 목적은 따뜻하고 부드러운 느낌을 발현시켜 고급스러운 자연미를 살릴 수 있으며 자연발생적인 독특한 심미감을 갖는 무늬를 띄는 도자기용 유약 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 페라이트(Ferrite)의 슬러지(sludge) 분말 및 통상의 유약 원료를 포함하는 유약 조성물을 제공한다.

최근 산업의 발전과 더불어 폐기물이 증가하고 이에 따른 환경오염 문제와 폐기물 처리비용의 문제가 발생하고 있다. 따라서, 이러한 산업 폐기물을 재활용하면 환경오염 문제와 처리비용 문제를 일거에 해결하고 자원절약의 효과까지 얻을 수 있다. 페라이트(Ferrite)는 산화철을 주성분으로 하는 세라믹 자성체의 총칭이다. 페라이트는 LCD-TV, PDP-TV, Mobile phone, Computer 등의 첨단 정보산업 제품에 쓰이는 핵심 부품인 페라이트 코어의 원재료로 사용될 수 있다. 페라이트 슬러지(ferrite sludge)는 페라이트를 이용한 부품 제조/가공 시의 잔해 또는 수명이 다 한 폐 부품 등을 포함하는 찌꺼기 또는 쓰레기를 의미할 수 있다. 이러한 페라이트의 슬러지는 자연에서 쉽게 분해가 되지 않으므로 이를 별도의 처리를 통해 배출하여야 하는데 폐 부품 처리비용이 만만치 않다. 페라이트의 슬러지를 재활용하여 도자기용 유약의 주 원료로 사용하면 앞서 언급했듯이 환경오염, 처리비용 등의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 흑색 유약에 비하여 현저히 낮은 비용으로 더욱 선명한 흑색 유약을 얻을 수 있는 장점이 있다.

페라이트 슬러지는 자기특성에 따라 크게 하드 페라이트, 반경자성 페라이트 및 소프트 페라이트로 구분할 수 있다. 소프트 페라이트는 산화철(Fe₂O₃)과 1종 이상의 다른 금속 산화물(산화니켈(NiO), 산화망간(MnO), 산화아연(ZnO) 및 산화마그네슘(Mg₂O₃)이 소결 및 소성하여 형성되는 것이며, 본 발명에 따른 흑색 유약 조성물은 이러한 소프트 페라이트의 슬러지를 포함할 수 있다. 여기서 소프트 페라이트는 그 성분함량이 서로 다른 두 종류의 제1 페라이트 조성물 및 제2 페라이트 조성물을 포함할 수 있다

제1 페라이트 조성물은 망간계 페라이트 조성물로서, 산화망간(MnO)을 포함할 수 있다. 산화망간(MnO)은 유약에서 흑색(black), 갈색(brown)계통 등 비교적 어두운 색깔이 발현되는 데 영향을 줄 수 있다.

또한, 제1 페라이트 조성물은 산화철(Fe₂O₃)을 포함할 수 있다. 산화철(Fe₂O₃)은 안료의 색상에 영향을 준다. 산화분위기로 소성을 하는 경우, 산화철의 함유량이 적으면 흰색, 미색, 아이보리 색 등의 밝은 색을 띠며, 함유량이 많으면 검정색, 붉은색 등의 어두운 색을 띤다. 환원분위기로 소성을 하는 경우, 산화철의 함유량이 적으면 푸른색, 녹색 등의 밝은 색을 띠며, 함유량이 많으면 붉은색, 검정색 등의 어두운 색을 띠며 산화철의 함유량이 많을수록 검정색에 가까워질 수 있다.

그리고, 제1 페라이트 조성물은 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있다. 산화아연(ZnO) 역시 안료의 색상에 영향을 줄 수 있으며 그 함유량에 따라 색깔의 밝기가 결정될 수 있다.

제2 페라이트 조성물은 니켈계 페라이트 조성물로서, 산화니켈(NiO)을 포함할 수 있다. 산화니켈(NiO)은 유약에서 황색 또는 녹색 계통의 색깔이 발현되는 데 영향을 줄 수 있다.

또한, 제2 페라이트 조성물 역시 산화철(Fe₂O₃)을 포함할 수 있다. 산화철(Fe₂O₃)은 안료의 색상에 영향을 준다. 산화분위기로 소성을 하는 경우, 산화철의 함유량이 적으면 흰색, 미색, 아이보리 색 등의 밝은 색을 띠며, 함유량이 많으면 검정색, 붉은색 등의 어두운 색을 띤다. 환원분위기로 소성을 하는 경우, 산화철의 함유량이 적으면 푸른색, 녹색 등의 밝은 색을 띠며, 함유량이 많으면 붉은색, 검정색 등의 어두운 색을 띠며 산화철의 함유량이 많을수록 검정색에 가까워질 수 있다.

그리고, 제2 페라이트 조성물은 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있다. 산화아연(ZnO) 역시 안료의 색상에 영향을 줄 수 있으며 그 함유량에 따라 색깔의 밝기가 결정될 수 있다.

그리고, 제2 페라이트 조성물은 산화구리(CuO)를 포함할 수 있다. 산화구리(CuO) 역시 안료의 색상에 영향을 줄 수 있으며 그 함유량에 따라 색깔의 밝기가 결정될 수 있다. 산화구리(CuO)는 산화분위기에서는 청색 또는 녹색, 환원분위기에서는 소량인 경우 붉은색을 띠고 함유량이 많아질수록 검은색에 가까운 색을 띠게 할 수 있다.

통상의 도자기용 유약 원료에는 이 기술분야에서 널리 사용되는 도자기 유약 원료 성분이 모두 포함될 수 있으며, 구체적으로 부여장석과 활석, 카오린, 탄산칼슘, 인산칼슘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

통상의 유약 원료의 성분 중 부여장석의 알카리 성분은 유약 원료 중 규석 성분과 반응하며 유리질을 만드는 융제 역할을 하며, 석회석과 석회석의 일종인 백운석은 유약을 더 잘 녹게 하며 경도를 높게 하는 역할을 한다. 이들의 혼합 비율은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물은 제1 페라이트 조성물 3-4중량%, 제2 페라이트 조성물 3-4중량%, 부여 장석 82-86중량%, 활석 1.3-1.9중량%, 카오린 1.8-2.4중량%, 탄산칼슘(Ca₂CO₃) 3-4중량%, 인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂) 1-2중량% 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물은 유약의 더 자연스러운 색깔과 사용성(흐름성 등)을 향상시키기 위하여 구체적으로, 제1 페라이트 조성물 3.5중량%, 제2 페라이트 조성물 3.5중량%, 부여 장석 84중량%, 활석 1.6중량%, 카오린 2.1중량%, 탄산칼슘(Ca₂CO₃) 3.5중량%, 인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂) 1.6중량%를 포함할 수 있다. 제1 페라이트 조성물과 제2 페라이트 조성물의 구체적인 함량 성분과 함량 비율은 아래에서 서술한다.

또한, 본 발명은 페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물의 제조방법을 제공할 수 있다. 도자기용 유약 조성물의 제조방법은 페라이트 슬러지를 준비하는 단계 및 페라이트 슬러지와 통상의 유약 원료를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.

페라이트 슬러지를 준비하는 단계는, 제1 페라이트 슬러지와 제2 페라이트 슬러지를 물리적/화학적 방법을 통해 분말 상태로 만드는 과정을 포함할 수 있다.

이와 같이 제조된 페라이트 슬러지의 분말을 통상의 유약 원료와 혼합하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도자기용 유약 조성물을 제조할 수 있다.

본 발명의 추가적인 해결수단은 아래에서 이어지는 설명에서 일부 설명될 것이고, 그 설명으로부터 부분적으로 용이하게 확인할 수 있거나, 또는 본 발명의 실시에 의해 지득될 수 있다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시적이고 설명을 위한 것이며 청구범위에 기재된 본 발명을 제한하지 않는다.

본 발명에 따른 페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물은 고급스러운 자연미를 살릴 수 있으며, 기존의 흑색 유약에 비하여 경제적인 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유약을 입혀 제조한 도자기 시험편이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유약에 대한 UV 측정 실험 결과 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태에 대하여 상세하게 서술하도록 한다.

다만, 본 발명의 구체적 일 실시 형태를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

시험예: 페라이트 슬러지 성분 분석

아래의 표 1 및 2는 XRF로 분석한 페라이트 슬러지의 성분분석표이다. 표 1을 참조하면 제1 페라이트 슬러지 조성물 성분 분석 결과를 파악할 수 있다.

성분	Fe₂O₃	MnO	ZnO	Na₂O	Cl	SiO₂	Al₂O₃	기타
단위(w t%)	69.6	22.9	6.69	0.62	0.05	0.02	0.02	0.1

제1 페라이트 슬러지 조성물은 망간계 페라이트로서, 제1페라이트 슬러지 조성물 전체 중량을 기준으로 산화철(Fe₂O₃)을 69.6중량%, 산화망간(MnO)을 22.9중량%, 산화아연(ZnO)을 6.69중량%, 산화나트륨(Na₂O)을 0.62중량%, 염소(Cl)를 0.05중량%, 산화규소(SiO₂)를 0.02중량% 및 산화알루미늄(Al₂O₃)을 0.02중량% 포함할 수 있다. 산화철(Fe₂O₃), 산화망간(MnO), 및 산화아연(ZnO)은 앞서 언급했듯이 유약 조성물에 포함되어 그 함량 비율에 따라 유약이 색깔을 내도록 하는 역할을 할 수 있다.

또한, 제1 페라이트 슬러지 조성물은 기타 성분을 0.1중량% 함유할 수 있다. 기타 성분은 그 성분 함량이 작아 유약의 특징에 큰 영향을 미치지 않는 요소를 '기타'라는 하나의 카테고리로 묶은 것이다.

성분	Fe₂O₃	ZnO	NiO	CuO	MgO	Co₂O₃	Al₂O₃	기타
단위(w t%)	67.0	22.2	7.1	3.45	0.09	0.04	0.04	0.08

제2 페라이트 슬러지 조성물은 니켈계 페라이트로서, 제2페라이트 슬러지 조성물 전체 중량을 기준으로 산화철(Fe₂O₃)을 67중량%, 산화아연(ZnO)을 22.2중량%, 산화니켈(NiO)을 7.1중량%, 산화구리(CuO)를 3.45중량%, 산화마그네슘(MgO)을 0.09중량%, 산화코발트(Co₂O₃)을 0.04중량%, 및 산화알루미늄(Al₂O₃)을 0.04중량% 포함할 수 있다. 산화철(Fe₂O₃), 산화니켈(NiO), 산화아연(ZnO) 및 산화구리(CuO)는 앞서 언급했듯이 유약 조성물에 포함되어 그 함량 비율에 따라 유약이 색깔을 내도록 하는 역할을 할 수 있다.

또한, 제2 페라이트 슬러지 조성물은 기타 성분을 0.08중량% 함유할 수 있다. 기타 성분은 그 성분 함량이 작아 유약의 특징에 큰 영향을 미치지 않는 요소를 '기타'라는 하나의 카테고리로 묶은 것이다.

본 발명에 따른 흑색 유약 조성물은 상기와 같이 성분함량에 따라 색을 낼 수 있는(발색) 구성성분을 가진 제1 페라이트 조성물과 제2 페라이트 조성물을 포함하므로 흑색을 발현할 수 있으며, 버려지는 폐기물인 페라이트를 활용하므로 흑색을 발현하기 위해 첨가되는 고가의 여러 발색산화물들(산화철, 산화니켈, 산화망간, 산화아연, 산화구리 등)의 비용이 들지 않아 현저한 비용 절감이 가능하다. 발색산화물이 흑색 등의 어두운 유약 가격의 70%를 차지하는데 반하여 페라이트 슬러지는 무료이므로 기존의 유약 대비 70%의 비용 저감 효과가 있는 것이다.

실시예

제1 페라이트 슬러지와 제2 페라이트 슬러지를 아래의 표 3에 제시된 조성비(유약 조성물 전체중량을 기준으로 한 중량비율)에 따라 부여장석, 활석, 카오린, 탄산칼슘 및 인산칼슘과 혼합하여 유약을 제조하였다. 도 1에 첨부된 시험편은 표 3에 나타난 조성비에 따라 제조된 유약을 초벌구이한 시험편들에 시유한 후 가마에 넣어 산화 또는 환원분위기로 1230℃ 내지 1250℃에서 8 시간 내지 10시간 동안 소성하는 과정을 거쳐 제조된 것이다.

성분	제1 페라이트 슬러지	제2 페라이트 슬러지	부여장석	활석	카오린	탄산칼슘	인산칼슘	기타
단위(w t%)	3.5	3.5	84	1.6	2.1	3.5	1.6	0.2

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 산화 또는 환원분위기로 제조된 도자기 시험편(4-1-1)이다. 도 1의 시험편은 전체적으로 매트한 느낌을 가지며 선명한 검은 색상이 잘 표현되며 중후하고 고급스러운 느낌을 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑색 유약 조성물에 대한 UV 측정 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

그래프 상 '4-1-1'로 표기된 것이 본 발명에 따른 유약 조성물의 결과값이며, L* 40.55, a* 0.27, b*-2.49의 수치를 나타내어 높은 흑색도의 측정치를 가지는 것을 파악할 수 있다.

페라이트 슬러지의 분말

제1 페라이트 슬러지와 제2 페라이트 슬러지는 분말(poweder)의 형태로 곱게 갈아져 상기와 같이 다른 유약의 원료와 혼합되어 사용될 수 있다.

제1 페라이트 슬러지는 비교적 어두운 색깔인 흑색 또는 갈색을 나타내는 산화망간(MnO)을 포함하는 것으로, 100 내지 150 mesh의 입자 크기가 되도록 분말 처리할 수 있다.

제2 페라이트 슬러지는 비교적 밝은 색깔인 녹색이나 황색을 나타내는 산화니켈(NiO)을 포함하는 것으로 이는 제1 페라이트 슬러지에 비해 작은 입자 크기인 180 내지 230mesh의 입자 크기가 되도록 분말 처리할 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여 제2 페라이트 슬러지(200)의 크기를 상대적으로 작게 분말 처리하는 이유를 설명한다.

제2 페라이트 슬러지(200)는 비교적 밝은 색깔인 녹색이나 황색을 나타내는 산화니켈(NiO)를 제1 페라이트 슬러지(100)에 비해 다량 함유하고 있으므로 산화니켈(NiO)의 색깔이 잘 발현되는 경우에는 본 발명의 목적인 선명한 흑색 유약을 제조하는 것에 반하게 될 수 있다. 따라서, 비교적 어두운 흑색 또는 갈색을 나타내는 제1 페라이트 슬러지(100)를 더 크게 형성하여 시각적으로 더 먼저 돋보이도록 하고, 비교적 작은 제2 페라이트 슬러지(200)의 분말은 도자기 시편(10)에 적용될 때 제1 페라이트 슬러지(100)의 분말과 분말 사이 공간에 위치되는 것을 유도하여 시각적으로 덜 돋보이도록 하여 전반적으로 흑색의 느낌을 해치지 않게 할 수 있다. 제2 페라이트 슬러지(200)의 분말은 비교적 제1 페라이트 슬러지(100)의 분말보다 밝은 색깔이 발현될 수 있으므로 전면적으로 돋보이도록 하지는 않되, 전반적으로 보다 선명하고 깔끔한 흑색의 느낌을 주기 위해서는 반드시 필요한 요소이므로 은은하게 혼합되도록 비교적 그 분말을 작게 형성할 수 있는 것이다. 도 3과 같이 분말이 배치된 상태에서 소성을 하는 경우 도 4에 도시된 바와 같이 제1 페라이트 슬러지(100)의 분말과 제2 페라이트 슬러지(200)의 분말이 녹았다가 굳으면서 도자기 시편(10)에 매끈하게 달라붙게 되며 이 때 제1 페라이트 슬러지(100)에 의한 색깔이 시각적으로 먼저 발현되되 제2 페라이트 슬러지(200)는 제1 페라이트 슬러지(100)와 은은하게 혼합되어 전반적으로 더 맑고 깔끔한 흑색의 느낌이 나는 것이다.

본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 본 실시예의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 따라서 본 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등하거나 균등하다고 인정되는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 도자기 시편
100: 제1 페라이트 슬러지
200: 제2 페라이트 슬러지

Claims

망간계 페라이트를 포함하는 제1 페라이트 슬러지 조성물;
니켈계 페라이트를 포함하는 제2 페라이트 슬러지 조성물; 및
부여 장석, 활석, 카오린, 탄산칼슘(Ca2CO3), 및 인산칼슘(Ca3(PO4)2)을 포함하는 통상의 유약원료
를 포함하고,
유약 조성물 전체를 기준으로 상기 제1 페라이트 슬러지 조성물 3-4중량%, 제2 페라이트 슬러지 조성물 3-4중량%, 부여 장석 82-86중량%, 활석 1.3-1.9중량%, 카오린 1.8-2.4중량%, 탄산칼슘(Ca₂CO₃) 3-4중량%, 인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂) 1-2중량%이며,
상기 제1 페라이트 슬러지 조성물은 산화철 69.6중량%, 산화망간 22.9중량%를 포함하는 것으로 100 내지 150 mesh의 입자 크기를 가지도록 분말 처리된 것이고,
상기 제2 페라이트 슬러지 조성물은 산화철 67중량%, 산화니켈 7.1중량%를 포함하는 것으로 180 내지 230 mesh의 입자 크기를 가지도록 분말 처리된 것으로서,
소성 시 상대적으로 입자가 큰 상기 제1 페라이트 슬러지 조성물의 사이 사이에 상대적으로 입자가 작은 상기 제2 페라이트 슬러지 조성물이 위치되도록 유도한
페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물.
삭제
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제1항에 있어서,
도자기에 적용 시 광택이 없는 매트(matt)한 흑색이 발현되는 것
을 특징으로 하는 페라이트 슬러지를 이용한 도자기용 흑색 유약 조성물.