KR102549215B1 - 유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱 - Google Patents

유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저비중의 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켜 단단한 표면으로 변화시킨 화학강화 처리된 유리중공체를 플라스틱 첨가제로 사용하는 것에 의해, 급격한 압력 및 온도 변화에서도 유리중공체가 파손될 염려가 없는 유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱에 대하여 개시한다.
이 결과, 본 발명에 따른 고강도 경량 플라스틱은 3.5 ~ 5.5Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.5 ~ 1.0GPa의 경도(Hv)를 갖는 화학강화 처리된 유리중공체가 플라스틱 수지 조성물 내에 플라스틱 첨가제로 첨가되는 것에 의해, 고강도를 가지면서도 초 경량화를 구현하는 것이 가능해질 수 있게 된다.

Description

유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱{CHEMICAL STRENGTHENING METHOD OF HOLLOW GLASS BODY AND HOLLOW GLASS BODY THEREOF, AND HIGH STRENGTH LIGHTWEIGHT PLASTIC INCLUDING THE SAME}
본 발명은 유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱에 관한 것이다.
일반적으로, 플라스틱은 비중이 가볍고, 강도가 뛰어나며, 성형이 용이하여 임의의 형상으로 성형이 가능하다. 이에 따라, 플라스틱은 모바일 단말, 휴대형 게임 단말, 휴대형 포터블 플레이어 등의 소형 전자기기, PC, 텔레비전, 각종 녹화 기기, 라디오, 프린터, 복사기, 팩시밀리 등의 덮개에 사용되고 있다.
이러한 플라스틱에는 많은 종류가 있으며, 용도에 따라 내후성, 내충격성, 투명성, 표면 고도, 탄성, 인성 등이 뛰어난 각종 플라스틱으로 활용되고 있다.
최근에는 플라스틱의 경량화를 위해 내부가 빈 유리중공체를 플라스틱 첨가제로 사용하려는 시도가 있었다.
그러나, 유리중공체를 플라스틱 첨가제로 사용할 시, 플라스틱 수지 조성물 내에 첨가되는 유리중공체가 파손되었을 때는 빈 공간이 없어지고 높은 비중의 불순물이 되는 문제가 있었다.
특히, 압력과 온도가 높은 압출 과정에서 유리중공체가 파손되고, 사출될 시에는 금형의 표면 온도가 급격히 낮아지면서 플라스틱 수지 조성물이 빠르게 굳어 유리중공체에 압력이 강해져 유리중공체가 파손되는 결과를 초래하였다.
이러한 유리중공체의 파손을 막기 위해서는 유리중공체의 모듈러스 및 경도를 향상시키는 것이 필요하다.
KR 등록특허공보 제10-1349745호(2014.01.13. 공고)
본 발명의 목적은 유리중공체를 플라스틱 첨가제로 사용할 시, 유리중공체가 파손되어 경량화 효과가 저감되는 것을 미연에 방지하기 위해 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시킨 유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 유리중공체의 표면에 존재하는 나트륨 이온을 나트륨 이온보다 큰 칼륨 이온으로 치환시켜 유리중공체의 표면 밀도를 높여 단단한 표면으로 변화시키는 것에 의해, 모듈러스는 10 ~ 40% 증가시켰고, 경도는 2 ~ 7배 증가시킨 유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 3.5 ~ 5.5Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.5 ~ 1.0GPa의 경도(Hv)를 갖는 유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱은 유리중공체를 플라스틱 첨가제로 사용할 시, 유리중공체가 파손되어 경량화 효과가 저감되는 것을 미연에 방지하기 위해 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켰다.
이를 위해, 본 발명에 따른 유리중공체 화학강화 방법은 (a) 나트륨 이온을 함유하는 유리중공체를 칼륨 화합물에 침지시키는 단계; (b) 상기 칼륨 화합물에 침지된 유리중공체를 가열하여, 상기 유리중공체 표면의 나트륨 이온을 칼륨 이온으로 치환시켜 화학강화 처리하는 단계; (c) 상기 화학강화 처리된 유리중공체를 칼륨 화합물로부터 분리하여 냉각하는 단계; 및 (d) 상기 냉각된 유리중공체에 잔류하는 칼륨 화합물을 용매에 녹여 필터링하고 세척하는 단계;를 포함한다.
아울러, 본 발명에 따른 유리중공체 화학강화 방법은 유리중공체의 표면에 존재하는 나트륨 이온을 나트륨 이온보다 큰 칼륨 이온으로 치환시켜 유리중공체의 표면 밀도를 높여 단단한 표면으로 변화시켜 모듈러스를 10 ~ 40% 증가시키고, 경도를 2 ~ 7배 증가시켰다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 경량 플라스틱은 저비중의 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켜 단단한 표면으로 변화시킨 화학강화 처리된 유리중공체를 플라스틱 첨가제로 사용하는 것에 의해, 급격한 압력 및 온도 변화에서도 유리중공체가 파손될 염려가 없게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 고강도 경량 플라스틱은 3.5 ~ 5.5Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.5 ~ 1.0GPa의 경도(Hv)를 갖는 화학강화 처리된 유리중공체가 플라스틱 수지 조성물 내에 플라스틱 첨가제로 첨가되는 것에 의해, 고강도를 가지면서도 초 경량화를 구현하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 유리중공체의 표면에 존재하는 나트륨 이온을 나트륨 이온보다 큰 칼륨 이온으로 치환시켜 유리중공체의 표면 밀도를 높여 단단한 표면으로 변화시키는 것에 의해, 모듈러스는 10 ~ 40% 증가되고, 경도는 2 ~ 7배 증가된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 저비중의 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켜 단단한 표면으로 변화시킨 화학강화 처리된 유리중공체를 플라스틱 첨가제로 사용하는 것에 의해, 급격한 압력 및 온도 변화에서도 유리중공체가 파손될 염려가 없게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 고강도 경량 플라스틱은 3.5 ~ 5.5Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.5 ~ 1.0GPa의 경도(Hv)를 갖는 화학강화 처리된 유리중공체가 플라스틱 수지 조성물 내에 플라스틱 첨가제로 첨가되는 것에 의해, 고강도를 가지면서도 초 경량화를 구현하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학강화 처리된 유리중공체를 나타낸 평면도.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유리중공체 화학강화 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4는 유리중공체를 칼륨 화합물에 침지시킨 상태를 나타낸 모식도.
도 5는 유리중공체를 가열하여 화학강화시킨 상태를 나타낸 모식도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유리중공체 화학강화 방법 및 그 화학강화 처리된 유리중공체와, 이를 갖는 고강도 경량 플라스틱을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학강화 처리된 유리중공체를 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화학강화 처리된 유리중공체(100)는 유리중공부(120) 및 강화유리부(140)를 포함한다.
유리중공부(120)는 내부 중심부에 배치되는 중공(H)을 구비한다. 이에 따라, 유리중공부(H)는 내부가 빈 구 형상을 가질 수 있다. 이러한 유리중공부(H)는 나트륨 이온을 함유하는 유리 조성물로 형성된다. 예를 들어, 유리중공부(H)는 Na2O, SiO2, B2O3, K2O 및 ZnO 중 적어도 2종 이상을 포함하는 유리 조성물로 형성될 수 있다. 아울러, 유리 조성물에는 CaO, CuO 등이 더 첨가되어 있을 수 있다.
강화유리부(140)는 유리중공부(120)의 외측을 감싸는 형태로 형성된다. 이때, 강화유리부(140)는 높은 온도에서 장시간 동안 열처리하는 화학강화 처리에 의해 표면이 강화되어, 유리중공부(120)에 비하여 큰 모듈러스 및 경도를 갖는다.
여기서, 강화유리부(140)는 화학강화 처리시, 나트륨 이온(Na+) 중 일부가 칼륨 이온(125)(K+)으로 치환되어 화학강화 처리가 이루어진다.
즉, 칼륨 화합물에 침지된 유리중공체(100)를 칼륨 화합물의 융점 이상 ~ 끓는 점 이하의 높은 온도 조건으로 장시간 동안 가열하여 반응시키게 되면, 유리중공체(100) 표면의 나트륨 이온(Na+)이 칼륨 이온(125)으로 치환되는 것에 의해 화학강화 처리가 이루어진다.
이에 따라, 유리중공체(100)의 표면에 존재하는 나트륨 이온(Na+)이 나트륨 이온(Na+)보다 큰 칼륨 이온(125)으로 치환되어 유리중공체(100)의 표면 밀도가 높아져 단단한 표면으로 변화되어 화학강화 처리가 이루어져 유리중공부(120)의 외측을 감싸는 강화유리부(140)를 구성하게 되는 것이다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 화학강화 처리된 유리중공체는 플라스틱 첨가제로 사용할 시, 유리중공체가 파손되어 경량화 효과가 저감되는 것을 미연에 방지하기 위해 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켰다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화학강화 처리된 유리중공체는 유리중공체의 표면에 존재하는 나트륨 이온을 나트륨 이온보다 큰 칼륨 이온으로 치환시켜 유리중공체의 표면 밀도를 높여 단단한 표면으로 변화시키는 것에 의해, 모듈러스는 10 ~ 40% 증가되고, 경도는 2 ~ 7배 증가된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 화학강화 처리된 유리중공체는 3.5 ~ 5.5Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.5 ~ 1.0GPa의 경도(Hv)를 갖는다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 화학강화 처리된 유리중공체는 저비중의 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켜 단단한 표면으로 변화시키는 것에 의해, 플라스틱 첨가제로 사용할 시 급격한 압력을 견딜 수 있으므로, 급격한 압력 및 온도 변화에서도 유리중공체가 파손될 염려가 없게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 경량 플라스틱은 플라스틱 수지 조성물과, 플라스틱 수지 조성물에 첨가된 화학강화 처리된 유리중공체를 포함한다.
여기서, 화학강화 처리된 유리중공체는 내부 중심부에 중공이 배치된 유리중공부와, 유리중공부의 외측을 감싸는 강화유리부를 포함하며, 강화유리부는 나트륨 이온 중 일부가 칼륨 이온으로 치환되어 화학강화 처리가 이루어진다.
이러한 화학강화 처리된 유리중공체는 3.5 ~ 5.5Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.5 ~ 1.0GPa의 경도(Hv)를 갖는다.
이때, 화학강화 처리된 유리중공체는 고강도 경량 플라스틱 전체 100 중량%에 대하여, 30 ~ 70 중량%로 첨가된다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 경량 플라스틱은 저비중의 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켜 단단한 표면으로 변화시킨 화학강화 처리된 유리중공체를 플라스틱 첨가제로 사용하는 것에 의해, 급격한 압력 및 온도 변화에서도 유리중공체가 파손될 염려가 없게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 고강도 경량 플라스틱은 3.5 ~ 5.5Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.5 ~ 1.0GPa의 경도(Hv)를 갖는 화학강화 처리된 유리중공체가 플라스틱 수지 조성물 내에 플라스틱 첨가제로 첨가되는 것에 의해, 고강도를 가지면서도 초 경량화를 구현하는 것이 가능해질 수 있게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유리중공체 화학강화 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유리중공체 화학강화 방법을 나타낸 공정 순서도이다. 또한, 도 4는 유리중공체를 칼륨 화합물에 침지시킨 상태를 나타낸 모식도이고, 도 5는 유리중공체를 가열하여 화학강화시킨 상태를 나타낸 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유리중공체 화학강화 방법은 침지 단계(S110), 가열 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 필터링 및 세척 단계(S140)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 유리중공체 화학강화 방법은 필터링 및 세척 단계(S140) 이후에 실시되는 건조 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
침지
침지 단계(S110)에서는 나트륨 이온을 함유하는 유리중공체를 칼륨 화합물에 침지시킨다.
여기서, 유리중공체는 내부 중심부에 배치되는 중공을 구비한다. 이에 따라, 유리중공체는 내부가 빈 구 형상을 갖는다. 이러한 유리중공체는 나트륨 이온을 함유하는 유리 조성물로 형성된다. 예를 들어, 유리중공체는 Na2O, SiO2, B2O3, K2O 및 ZnO 중 적어도 2종 이상을 포함하는 유리 조성물로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 유리 조성물에는 CaO, CuO 등이 더 첨가되어 있을 수 있다.
본 단계에서, 침지는 나트륨 이온을 함유하는 유리중공체를 칼륨 화합물이 채워진 침지 용기 내에 딥핑하는 방식으로 실시될 수 있다.
여기서, 칼륨 화합물은 칼륨을 함유하는 화합물이라면 특별히 제한 없이 사용될 수 있다. 보다 바람직하게, 칼륨 화합물은 KNO3, KHSO4, K2SO4 및 KMnO4 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
가열
가열 단계(S120)에서는 칼륨 화합물에 침지된 유리중공체를 가열하여, 유리중공체 표면의 나트륨 이온(Na+)을 칼륨 이온(K+)으로 치환시켜 화학강화 처리한다.
본 단계에서, 가열은 칼륨 화합물의 융점 이상 ~ 끓는 점 이하의 높은 온도에서 장시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 나트륨 이온(125)을 함유하는 유리중공체(100)가 칼륨 화합물(200)에 침지시킨 상태가 나타나 있다. 이때, 유리중공체(100)의 표면에는 나트륨 이온(125)이 함유되어 있고, 용액 상태의 칼륨 화합물(200) 내에는 칼륨 이온(145)이 함유되어 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 칼륨 화합물(200)에 침지된 유리중공체(100)를 높은 온도에서 장시간 동안 가열하는 열처리를 수행하게 되면, 유리중공체(100)의 표면에 존재하는 나트륨 이온(125)이 나트륨 이온(125)보다 큰 칼륨 이온(145)으로 치환되어 유리중공체(100)의 표면 밀도가 높아져 단단한 표면으로 변화되는 화학강화 처리가 이루어지게 된다.
보다 구체적으로, 가열은 320 ~ 420℃에서 3 ~ 12시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 320℃ 미만이거나, 가열 시간이 3시간 미만일 경우에는 칼륨 이온(145)의 침투가 원활히 이루어지지 못하는 관계로 화학강화 처리 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 가열 온도가 420℃를 초과하거나, 가열 시간이 12시간을 초과할 경우에는 과도한 열처리로 인해 칼륨 화합물이 휘발될 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
냉각
냉각 단계(S130)에서는 화학강화 처리된 유리중공체를 칼륨 화합물로부터 분리하여 냉각한다.
즉, 본 단계에서는 칼륨 화합물이 용액 상태일 때, 화학강화 처리된 유리중공체를 칼륨 화합물로부터 분리하여 대략 1 ~ 40℃의 상온의 물을 이용하는 수냉 방식으로 냉각하는 것이 바람직하다.
필터링 및 세척
필터링 및 세척 단계(S140)에서는 냉각된 유리중공체에 잔류하는 칼륨 화합물을 용매에 녹여 필터링하고 세척한다. 이때, 잔류하는 칼륨 화합물은 용매인 물에 녹여 2 ~ 4회 필터링을 실시하는 것에 의해 세척이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 냉각된 유리중공체에 잔류하는 칼륨 화합물이 제거된다.
건조
건조 단계(S150)에서는 세척된 화학강화 처리된 유리중공체를 건조한다. 여기서, 세척된 화학강화 처리된 유리중공체는 서로 붙지 않도록 서서히 교반하면서 건조하는 것이 바람직하다.
본 단계에서, 건조는 60 ~ 100℃에서 6 ~ 24시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 건조 온도가 60℃ 미만이거나, 건조 시간이 6시간 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 못하여 모듈러스 및 경도 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 건조 온도가 100℃를 초과하거나, 건조 시간이 24시간을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 공정 비용 및 시간만을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
상기의 과정(S110 ~ S150)에 의해 제조되는 본 발명의 실시예에 따른 화학강화 처리된 유리중공체는 플라스틱 첨가제로 사용할 시, 유리중공체가 파손되어 경량화 효과가 저감되는 것을 미연에 방지하기 위해 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켰다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 화학강화 처리된 유리중공체는 유리중공체의 표면에 존재하는 나트륨 이온을 나트륨 이온보다 큰 칼륨 이온으로 치환시켜 유리중공체의 표면 밀도를 높여 단단한 표면으로 변화시키는 것에 의해, 모듈러스는 10 ~ 40% 증가하고, 경도는 2 ~ 7배 증가될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 화학강화 처리된 유리중공체는 3.5 ~ 5.5Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.5 ~ 1.0GPa의 경도(Hv)를 갖는다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 화학강화 처리된 유리중공체는 저비중의 유리중공체의 표면을 화학강화 처리로 강화시켜 단단한 표면으로 변화시키는 것에 의해, 플라스틱 첨가제로 사용할 시 급격한 압력을 견딜 수 있으므로, 급격한 압력 및 온도 변화에서도 유리중공체가 파손될 염려가 없게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시료 제조
실시예 1
모듈러스 3.8GPa 및 경도 0.12GPa를 가지며, 나트륨 이온을 함유하는 유리중공체를 질산칼륨(KNO3) 용액에 침지시킨 후, 유리중공체를 400℃에서 4시간 동안 가열하여 유리중공체 표면의 나트륨 이온을 칼륨 이온으로 치환시켜 화학강화 처리를 실시하였다.
다음으로, 화학강화 처리된 유리중공체를 질산칼륨(KNO3) 용액으로부터 분리하여 15℃의 물로 급냉시켜 냉각하였다.
다음으로, 냉각된 유리중공체에 잔류하는 질산칼륨(KNO3)을 물에 녹여 3회 필터링을 통해 세척하였다.
다음으로, 분리된 유리중공체가 서로 붙지 않도록 교반하면서 80℃에서 12시간 동안 건조하여 화학강화 처리된 유리중공체를 제조하였다.
실시예 2
유리중공체를 390℃에서 7시간 동안 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 화학강화 처리된 유리중공체를 제조하였다.
실시예 3
모듈러스 3.4GPa 및 경도 0.25GPa를 가지며, 나트륨 이온을 함유하는 유리중공체를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 화학강화 처리된 유리중공체를 제조하였다.
실시예 4
유리중공체를 380℃에서 8시간 동안 가열한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 화학강화 처리된 유리중공체를 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 4에 따른 시료들에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 물성 평가는 나노인덴터 장비를 이용하여 시료들의 표면에 대한 모듈러스 및 경도를 측정하여 나타내었다.
[표 1]
Figure 112021008389904-pat00001
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 시료들의 경우, 화학강화 처리를 실시하기 전과 후의 모듈러스 및 경도 측정 값이 나타나 있다.
이때, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 시료들의 경우, 화학강화 처리 후, 모듈러스는 대략 10 ~ 40% 상승하였고, 경도는 대략 2 ~ 7배 상승한 것을 확인할 수 있다.
위의 실험 결과를 토대로 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 4와 같이 유리중공체의 표면을 화학강화 처리하게 되면, 유리중공체의 표면에 존재하는 나트륨 이온이 나트륨 이온보다 큰 칼륨 이온으로 치환되어 유리중공체의 표면 밀도가 높아져 단단한 표면으로 변화되는 것에 의해, 모듈러스 및 경도가 크게 상승하는 것을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100 : 유리중공체 120 : 유리중공부
140 : 유리강화부 145 : 칼륨 이온
H : 중공
S110 : 침지 단계
S120 : 가열 단계
S130 : 냉각 단계
S140 : 필터링 및 세척 단계
S150 : 건조 단계

Claims (10)

  1. (a) 나트륨 이온을 함유하는 유리중공체를 칼륨 화합물에 침지시키는 단계;
    (b) 상기 칼륨 화합물에 침지된 유리중공체를 가열하여, 상기 유리중공체 표면의 나트륨 이온을 칼륨 이온으로 치환시켜 화학강화 처리하는 단계;
    (c) 상기 화학강화 처리된 유리중공체를 칼륨 화합물로부터 분리하여 냉각하는 단계; 및
    (d) 상기 냉각된 유리중공체에 잔류하는 칼륨 화합물을 용매에 녹여 필터링하고 세척하는 단계;를 포함하며,
    상기 (a) 단계에서, 상기 유리중공체는 내부 중심부에 배치되는 중공을 구비하여, 내부가 빈 구 형상을 갖고,
    상기 (d) 단계 이후, 상기 화학강화 처리된 유리중공체는 3.8 ~ 5.2Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.71 ~ 0.83GPa의 경도(Hv)를 갖는 유리중공체 화학강화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 칼륨 화합물은
    KNO3, KHSO4, K2SO4 및 KMnO4 중 1종 이상을 포함하는 유리중공체 화학강화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 가열은
    320 ~ 420℃에서 3 ~ 12시간 동안 실시하는 유리중공체 화학강화 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후,
    (e) 상기 세척된 화학강화 처리된 유리중공체를 건조하는 단계;
    를 더 포함하는 유리중공체 화학강화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 건조는
    60 ~ 100℃에서 6 ~ 24시간 동안 실시하는 유리중공체 화학강화 방법.
  6. 내부 중심부에 중공이 배치된 유리중공부; 및
    상기 유리중공부의 외측을 감싸는 강화유리부;를 포함하며,
    상기 강화유리부는 나트륨 이온 중 일부가 칼륨 이온으로 치환되어 화학강화 처리가 이루어지고,
    상기 유리중공부는 내부가 빈 구 형상을 갖고,
    상기 화학강화 처리된 유리중공체는 3.8 ~ 5.2Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.71 ~ 0.83GPa의 경도(Hv)를 갖는 화학강화 처리된 유리중공체.
  7. 삭제
  8. 플라스틱 수지 조성물; 및
    상기 플라스틱 수지 조성물에 첨가된 화학강화 처리된 유리중공체;를 포함하며,
    상기 화학강화 처리된 유리중공체는 내부 중심부에 중공이 배치된 유리중공부와, 상기 유리중공부의 외측을 감싸는 강화유리부를 포함하며, 상기 강화유리부는 나트륨 이온 중 일부가 칼륨 이온으로 치환되어 화학강화 처리가 이루어지고,
    상기 유리중공부는 내부가 빈 구 형상을 갖고,
    상기 화학강화 처리된 유리중공체는 3.8 ~ 5.2Ga의 모듈러스(Modulus) 및 0.71 ~ 0.83GPa의 경도(Hv)를 갖는 고강도 경량 플라스틱.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화학강화 처리된 유리중공체는
    상기 고강도 경량 플라스틱 전체 100 중량%에 대하여, 30 ~ 70 중량%로 첨가된 고강도 경량 플라스틱.
  10. 삭제
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