KR20040030720A - 섬유 유리 폐기물로부터 제품의 제조 방법 - Google Patents

섬유 유리 폐기물로부터 제품의 제조 방법 Download PDF

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KR20040030720A
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Abstract

본 발명은 저비용의 제조 공정으로 다량의 섬유 유리 폐기물을 유용한 세라믹 제품으로 변형시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 섬유 유리 폐기물을 유리 분말로 변형시키고; 유리 분말과 첨가제를 유리-첨가제 혼합물로 혼합하고; 유리-첨가제 혼합물을 과립 입자로 과립화시키고; 과립 입자를 미가공 세라믹 물품으로 성형하고; 미가공 세라믹 물품을 세라믹 제품으로 가열하는 것으로 구성된다. 상기 공정에는 물과 점토가 포함될 수 있다. 약 700 ℃ 내지 약 1000 ℃ 의 낮은 피이크 소성 온도에 의한 오직 하나의 소성 단계만이 필요하다. 상기 방법은 점토 기재의 전통적인 세라믹 제조에 비해서 에너지와 천연 재료를 보존한다. 본 발명에 의해서 고품질의 불침투성 세라믹 제품을 제조할 수 있다.

Description

섬유 유리 폐기물로부터 제품의 제조 방법 {METHOD FOR MAKING PRODUCT FROM FIBER GLASS WASTE}
세라믹 산업은 특히 소성 공정 동안에 다량의 에너지가 소비된다. 전형적인 세라믹 원료를 촘촘한 제품으로 소결하기 위해서는 1200 ℃ (2200 ℉) 초과의 소성 온도가 요구된다. 소성 온도를 낮추기 위해서 원료 제형의 변경이 있었으나, 사용되는 원료의 종류 때문에 개선이 제한된다. 타일 및 벽돌과 같은 가장전통적인 세라믹 제품은 본질적으로 높은 소성 온도를 요구하는 점토 기재 원료로 주로 구성된다. 또한, 건조 공정과 같은 다른 세라믹 제조 단계는 매우 에너지 집약적이다. 에너지 비용은 전체 제조 비용의 대부분이어서, 요구되는 에너지의 양을 감소시키는 새로운 방법은 세라믹 산업에 커다란 이득일 것이다.
섬유 유리 산업은, 지금은 경제적으로 재생 이용될 수 없는 섬유 유리 폐기물을 다량 생성하며, 따라서 쓰레기 매립지에서 처리된다. 섬유 유리 폐기물은 섬유 형성 공정 동안에, 및 또한 섬유 유리 제품 제조 동안에 발생된다. 섬유 유리 폐기물은 새로운 유리 섬유를 형성하도록 재용융함으로써 잠재적으로 재생 이용이 가능하다. 그러나, 섬유 유리 폐기물은, 폐기물중의 불순물이 상기 형성 공정 동안에 용인할 수 없는 정도의 섬유 파손을 일으키기 때문에, 일반적으로 재용융되지 않는다. 유리 부스러기로서 언급되는 재생 이용된 유리는 통상적으로 여러 가지 유형의 유리 제품 제조에서 원료의 20-35 % 로 사용된다. 유리 부스러기는 또한 일부 유형의 섬유 유리 제조에 사용되지만, 주로 용기 및 평평한 유리 재료이다.
2 가지 주요 유형의 섬유 유리는 절연 제품용 울, 및 직물 제품용 연속 섬유이다. 섬유 유리 울은 용융 유리를 회전식 원통형 용기내에서 구멍을 통해 빠르게 방사함으로써 형성된다. 연속 유리 섬유는 용융 유리를 귀금속통을 통해 뽑아냄으로써 형성된다. 2 가지 방법 모두에서, 섬유를 공기 또는 스팀 송풍기로 빠르게 냉각한다. 이어서, 사이즈의 유기 화학 처리를 적용하여 공정 동안에 섬유 대 섬유 마모를 최소화하고, 특정 제품 용도에 필요한 코팅을 제공한다.
공정 동안에, 폐기물로 귀착되는 섬유 파손과 같은 다양한 기능 장애가 주기적으로 일어난다. 사이즈는 용융물중에 용인할 수 없는 양의 잔류 탄소를 형성시키기 때문에, 섬유상에 사이즈의 코팅은 폐기물의 유리 부스러기로서의 즉각적인 재사용을 방해한다. 용융전에 사이즈를 제거하기 위해서 부가의 공정 단계가 사용될 수 있지만, 이러한 부가의 공정은 일단의 원료의 사용에 비해 경제적이지 못하다. 연구는 또한 사이즈를 제거하는 경우에도, 상기 형성 동안에 높은 섬유 파손율을 야기하는 다른 오염물이 존재한다고 지적한다. 이러한 문제 때문에, 현재 다량의 섬유 유리 폐기물은 쓰레기 매립지에서 처리된다. 이러한 산업 폐기물을 유용한 제품으로 재가공하기 위한 새로운 기술이 요구된다.
본 발명에서의 폐기물 유리는 폐기되는 임의의 산업적 또는 소비자 사용후의 섬유 유리로 언급된다. 직물 제품용 연속 유리 또는 절연 제품용 울과 같은 임의의 형태의 섬유 유리가 사용될 수 있다. 또한, 배출 유리와 같은, 섬유 유리 용융 공정으로부터의 임의의 다른 형태의 폐기물 유리도 본 발명에 사용될 수 있다. 섬유 유리 폐기물은 섬유 유리 제조자로부터 수득될 수 있으나, 다른 섬유 유리 재료도 사용될 수 있다. 광범위한 용도로 고안된 여러 가지 유형의 섬유 유리 조성물이 있다. 섬유 유리 조성물은 전형적으로 약 650 내지 약 800 ℃ 에서 연화된다. 이러한 독특한 연화 작용은, 세라믹 제품을 소성하는데 통상적으로 요구되는 것보다 훨씬 낮은 온도에서 점성상 소결에 의해, 섬유 유리의 미세 분말로부터 형성된 물품을 촘촘하게 만든다. 본 발명은 에너지 보존 및 장비와 유지 비용 저감에 의한 제조 비용을 감소시키기 위해서 유리 섬유의 저온 고밀도화작용을 이용한다.
본 발명은 100 % 까지의 섬유 유리 폐기물로부터 저비용으로 고품질 세라믹 제품을 제조할 수 있기 때문에 신규한 것이다. 본 발명은 전통적인 세라믹 공정 방법에 비해 에너지와 천연 재료를 보존한다. 단지 소량의 다공성을 갖는 불침투성의 세라믹 마이크로구조를 달성할 수 있다. 불침투성은 0.5 % 미만의 매우 낮은 물 흡수율을 갖는 세라믹 제품을 의미한다. 소량의 다공성을 갖는 불침투성 세락믹 마이크로구조는 고품질 성질을 달성하는데 중요하다. 본 발명에 의해서, 매끄럽고 광택이 있으며 윤기있는 유형의 표면과 광범위한 색을 갖는 세라믹 제품이 제조될 수 있다. 또한, 충전제의 첨가 및/또는 유리의 부분 결정화에 의해서 표면 질감 및 다른 소성 성질이 조정될 수 있다.
폐기물 유리로부터 세라믹 제품을 제조하기 위한 이전 방법이 개발되어 있다. 미국 특허 제 6,340,650 호는 이전 방법에서 발생하는 공정 문제점을 검토하고, 공정에서 물 및 점토의 사용을 피함으로써 상기 문제를 제거하는 방법을 제공한다. 여러 가지 유형의 유리 섬유 조성물이 있다. 섬유 유리의 커다란 표면적 때문에, 상기 조성물은 용기 및 편평한 유리 조성물에 비해서 물과의 화학 반응에 덜 민감하도록 고안된다. 물과의 반응에 덜 민감하면, 용기 또는 편평한 유리에 비해서 섬유 유리 가공시에 높은 유연성이 부여된다. 또한, E-유리와 같은 몇몇 섬유 유리 조성물은 용기 및 편평한 유리 조성물에 비해서 높은 연화 온도를 가진다. 높은 연화 온도는 소성 동안에 휘발성 종류를 생성하는 기타 세라믹 원료 및 점토가, 고밀도화 작용에 악영향을 주지 않으면서 일단의 미가공제형에 포함되도록 한다. 본 발명은 공정 동안에 물 및 점토가 첨가될 수 있는, 섬유 유리 폐기물로부터 세라믹 제품을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 섬유 유리의 사용이 용기 또는 편평한 유리에 비해서 각종 다른 유의한 잇점을 제공한다는 것은 예상외였다. 이것은 조성물과 오염 물질의 차이 때문이지만, 특히 유리의 상이한 형태 (섬유 대 벌크 유리) 때문이다. 용기 또는 편평한 유리의 미세 분말로의 가공은 2 또는 3 개의 에너지 집약적 분쇄 또는 연마 단계를 포함한다. 유리 섬유는 전형적으로 직경이 3-100 ㎛ 이며, 따라서 매우 미세한 분말을 제조하기 위해서는 단지 한 치수만 파괴되는 것이 필요하다. 용기 또는 편평한 유리의 분쇄에 비해서 섬유 유리의 절단 또는 제분은 훨씬 간단하며 덜 에너지 집약적이다. 섬유 유리 폐기물의 산업적 재료는 소비후의 용기 유리에 비해서 조성물이 매우 균일하며 오염이 훨씬 덜하다. 이것은 제조되는 세라믹 제품의 색 및 다른 성질의 조절을 보다 양호하게 한다. 또한, 용기 및 편평한 유리에 비해서 섬유 유리 조성물의 유의하게 낮은 열팽창 계수는 개선된 열 쇼크 내성의 가능성을 제공한다.
본 발명은 현재의 관행에 비해서 다양한 환경적 잇점을 제공한다. 상기 방법은 섬유 유리를 촘촘한 세라믹 제품으로 완전히 변형시킴으로써, 섬유의 취급과 처리에 있어서의 미래의 환경 문제를 제거한다. 재생 이용된 유리를 원료로 사용함으로써, 전통적인 원료의 채광, 가공 및 수송이 필요없다. 본 발명은 전통적인 점토 기재 타일의 제조에 비해서, 특히 타일 제조의 유리 용융법에 비해서 상당히 낮은 에너지를 필요로 한다. 이것은 주로, 점토 기재 타일에 대한 1200℃, 및 용융물 기재 타일에 대한 >1500 ℃ 에 비해서, 700-1000 ℃ 의 매우 감소된 소성 온도 때문이다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원인은 2001 년 6 월 28 일 출원한 미국 임시 출원 번호 60/301,959 호의 잇점을 청구한다.
본 발명은 섬유 유리 폐기물로부터 제조된 세라믹 제품; 섬유 유리 폐기물로부터 세라믹 제품을 제조하기 위한 일단의 미가공 제형 (raw batch formulations); 및 섬유 유리 폐기물로부터 세라믹 제품의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의해서 제조될 수 있는 세라믹 제품의 예는 타일 및 벽돌이지만, 다른 세라믹 제품도 제조될 수 있다. 본 발명은 하기 2 가지 현행 문제를 해결한다: 세라믹 산업에 의한 에너지 사용이 감소되는 것이 필요하고; 섬유 유리 폐기물을 유용한 제품으로 재가공하기 위해서는 새로운 기술이 필요하다.
본 발명은 저비용의 제조 공정으로 다량의 섬유 유리 폐기물을 유용한 세라믹 제품으로 변형시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 섬유 유리 폐기물을 유리 분말로 변형시키고; 유리 분말과 첨가제를 유리-첨가제 혼합물로 혼합하고; 유리-첨가제 혼합물을 과립 입자로 과립화시키고; 과립 입자를 미가공 세라믹 물품으로 형성하고; 미가공 세라믹 물품을 세라믹 제품으로 가열하는 것으로 구성된다. 상기 공정에는 물과 점토가 포함될 수 있다. 약 700 ℃ 내지 약 1000 ℃ 의 낮은 피이크 소성 온도에 의한 오직 하나의 소성 단계만이 필요하다. 상기 방법은 점토 기재의 전통적인 세라믹 제조에 비해서 에너지와 천연 재료를 보존한다.
본 발명의 일단의 미가공 제형은 70-100 % 섬유 유리 폐기물, 0-20 % 충전제 및 0-10 % 유기 결합제로 구성된다. 바람직한 일단의 미가공 제형은 84-100 % 폐기물 유리, 0-10 % 충전제 및 0-6 % 유기 결합제로 구성된다. 모든 % 는 중량에 기초한 것이다. 또한, 습윤제, 계면활성제, 탈응집제, 응고제, 응집제, 가소제, 소포제, 윤활제, 방부제 등과 같은 다른 통상적인 세라믹 가공 첨가제가, 본 발명의 범위를 변화시키지 않으면서 상기 공정을 더욱 최적화하기 위해 일단의 미가공 제형에 첨가될 수 있다.
유기 결합제 및 다른 유기 첨가제 (포함되는 경우) 는 소성 동안에 연소되며, 따라서 최종 제품의 부분이 아니다. 섬유 유리 폐기물 및 충전제는, 소성후에 잔류하여 최종 제품 조성물을 구성하는 무기 성분이다. 그러므로, (상기 주어진) 초기의 일단의 미가공 제형은 소성 동안에, 80-100 % 섬유 유리 폐기물 및 0-20 % 충전제로 구성되는 최종 제품 조성물로 변형된다. 바람직한 최종 제품 조성물은 90-100 % 폐기물 유리 및 0-10 % 충전제로 구성된다. 최종 제품 조성물은 일단의 미가공 제형으로부터 유기 결합제 양을 제한 후, 나머지 조성물을 100 % 로 다시 정상화함으로써 결정된다.
본 발명에서 충전제는 최종 제품의 색, 표면 질감, 또는 임의의 다른 성질을 개질시키고, 무기 결합제로서 작용하기 위해 첨가되는 세라믹 원료이다. 점토 또는 나트륨 실리케이트와 같은 무기 결합제 충전제는 과립화 및 압착 단계 동안에 결합제로서 작용하여, 유기 결합제에 대한 필요성을 감소 또는 제거할 것이다. 충전제의 첨가는 고품질 세라믹 제품을 제조하는데 필수적인 것은 아니나, 최종 제품의 특정 성질군을 생성하는데 요구될 수 있다. 광범위한 충전제 첨가제가 개별적으로 또는 배합물로 본 발명에 사용될 수 있다.
색을 조절하기 위해서 첨가되는 충전제는 착색제로서 언급된다. 통상적인 세라믹 착색제가 광범위한 색을 갖는 본 발명에 의한 세라믹 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 개개의 산화물 착색제의 예는 청색을 생성하기 위한 산화 코발트, 녹색을 위한 산화 크롬 및 적색을 위한 산화철이다. 종종 유리 프릿을 형성하기 위해 용융되는 산화물의 복잡한 배합물을 기재로 하는 많은 상업용 착색제가 이용 가능하다. 색 이외에도, 충전제의 첨가는 표면 질감, 결정화 작용, 및 기계적, 열적 및 화학적 내구성과 같은 다른 특성 및 성질을 조절할 수 있다.충전제의 다른 예는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 점토이다.
섬유 유리 폐기물 및 충전제는 일단의 미가공 제형에 사용되는 분말 형태이어야 한다. 요구되는 분말 입자 크기는 원하는 최종 성질에 의존한다. 본 발명의 경우, 섬유 유리 폐기물 및 충전제 분말은 <30 메쉬 (<0.6 ㎜) 의 입자 크기를 가진다. 바람직한 크기는 <100 메쉬 (<0.1 ㎜) 이다. 섬유 유리의 입자 크기는, 섬유 직경이 요구 크기보다 작기 때문에, 섬유 길이에 의해서 조절된다. 또한, 보다 거친 입자 크기 충전제가 최종 제품의 성질을 조정하기 위해서 일단의 미가공 제형에 포함될 수 있다. 예컨대, 보다 거친 충전제가, 마찰 계수 및 내슬립성을 증가시키도록 보다 거친 표면 질감을 생성하기 위해서 첨가될 수 있다.
본 발명에서 유기 결합제는 무기 폐기물 유리와 충전제 입자를 서로 결합시키기 위해 첨가될 수 있는 임의의 유기 물질로 구성된다. 유기 결합제는 섬유 유리 폐기물 및 충전제 입자와 초기에 혼합되어 과립화 자유 유동 분말을 형성한다. 이어서, 이 분말은 세라믹 물품으로 형성된다. 형성 단계후, 유기 결합제는 취급 및 소성 단계로의 수송을 위해 미소성 물품에 충분한 강도를 제공한다. 무기 결합제를 충전제로서 첨가하는 경우, 필요한 유기 결합제의 양은 감소될 수 있거나, 심지어는 제거될 수 있다.
유기 결합제의 예는 천연 고무, 셀룰로오스 에테르, 중합화 알코올, 아크릴 수지, 글리콜 및 왁스이다. 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리비닐 알코올이 하기에 주어지는 본 발명의 실시예에서 유기 결합제로서 사용되었다. 본 발명의 범위를 변화시키지 않는다면, 다른 유기 결합제가 사용될 수 있다. 효과적이기 위해서는, 무기 섬유 유리 및 충전제 입자가 유기 결합제에 의해서 습화 및 코팅될 수 있도록, 유기 결합제는 액체 형태인 것이 필요하다. 실온 (∼20 ℃) 에서 유기 결합제는 액체 또는 고체 상태이다. 고체 유기 결합제는 특정 액체에 용해하고, 무기 분말과 혼합한 후, 건조하여 액체를 제거함으로써, 유기 결합제가 코팅된 무기 분말을 생성할 수 있다. 본 발명에서는, 물 또는 알코올과 같은 비수성 액체가 고체 유기 결합제를 용해시키기 위해 사용된다. 유기 결합제가 액체 형태인 경우에는, 부가의 액체가 필요없다.
하기의 문장은 본 발명의 방법의 각 단계를 상세히 설명하는 것이다. 상기 방법의 제 1 단계는 유리 분말을 제조하는 것으로 구성된다. 유기 사이즈가 도포되거나 도포되지 않은 산업용 섬유 유리 폐기물은 분말을 제조하기 위한 출발 유리로서 사용될 수 있다. 또한, 임의의 다른 유형 또는 형태의 섬유 유리 폐기물이 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 섬유 유리 폐기물중의 오염 물질의 정상 수준에 민감하지 않으며, 따라서 유리의 세정이 필요없다. 섬유 유리 폐기물은 입자 크기 (또는 섬유 길이) 가 <30 메쉬 (<0.6 ㎜) 로 감소된다. 바람직한 크기는 <100 메쉬 (<0.1 ㎜) 이다.
입자 크기 감소를 위해 사용되는 과정은 섬유 유리 폐기물의 조성, 및 또한 섬유 유리 폐기물의 형태에 의존한다. 광범위한 섬유 유리 조성물이 여러 가지 상이한 형태로 제조되며, 이는 다양한 유형의 섬유 유리 폐기물을 발생한다. 모든 유형의 섬유 유리 폐기물은 공정에서 물의 사용을 피하는 과정에 의해 입자크기가 감소될 수 있다. 이것은 공정 동안에 물과의 반응에 의해 악영향을 받는 섬유 유리 조성물에 중요하다. 공정 동안에 물과의 반응에 의해 악영향을 받지 않는 섬유 유리 조성물은 공정에서 물을 사용하는 과정에 의해 입자 크기가 감소될 수 있다.
입자 크기 감소전에, 섬유 유리 폐기물은 가열하여, 존재할 수 있는 임의의 물을 제거할 수 있다. 온도가 충분히 높은 경우, 유기 사이즈와 같은 유기 물질은 입자 크기 감소전에 제거할 수 있다. 섬유 유리 폐기물의 가열은 또한 유리 섬유가 보다 부숴지기 쉽게할 수 있으며, 이는 섬유가 더욱 쉽게 파손 및 분쇄되도록 한다. 섬유 유리 폐기물의 입자 크기는 임의의 유형의 절단, 분쇄, 연마, 제분 등의 공정에 의해서 감소될 수 있다. 절단기, 조 (jaw) 또는 콘 (cone) 분쇄기, 볼 밀, 해머 밀, 진동 밀, 마멸 밀, 롤러 밀 등과 같은 여러 가지 유형의 통상적인 세라믹 가공 장비가 입자 크기 감소를 위해 사용될 수 있다. 입자 크기 감소후에, 섬유 유리 분말은 30 메쉬 체 (또는 바람직한 입자 크기의 경우 100 메쉬) 를 통해 스크린한다.
입자 크기 감소 방법으로부터 생성되는 미세 유리 분말 (<30 또는 <100 메쉬) 은 사용되는 일단의 미가공 제형에 대해 원하는 양의 충전제 및 유기 결합제와 배합된다. 모든 것을 고려하여 각 성분의 양을 평량하고, 배합한 후, 혼합한다. 유기 결합제는, 출발 결합제가 액체이기 때문에, 또는 상기 결합제가 물 또는 알코올과 같은 비수성 용매에 용해되기 때문에, 액체 형태로 첨가된다. 액체 유기 결합제는 상기 유리 및 충전제 분말과 배합하고, 팬 믹서, 원뿔 믹서,리본 믹서, 회전 드럼 믹서 등과 같은, 과립화 자유 유동 분말을 생성하는 임의의 유형의 혼합기내에서 혼합한다. 과잉의 액체는 유체층 건조기와 같은 건조기내에서 건조하거나, 또는 스프레이 건조에 의해서 제거할 수 있다. 그러나, 건조 단계가 필요없도록, 액체 함량을 충분히 낮게 유지하는 것이 바람직하다.
일단의 미가공 제형의 과립화 자유 유동 분말은 미가공 세라믹 물품으로 형성된다. 여기에서, 미가공은 미소성 세라믹을 의미한다. 임의의 유형의 성형 방법이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 건조 압착이 사용된다. 건조 압착에서는, 분말을 원하는 형상의 금속 다이내에 놓고, 램 (ram) 으로 압착하여 분말을 압축시킨다. 이어서, 다이로부터 압착된 물품을 제거하고, 가마 또는 화로에서 소성한다. 압착 물품에 액체가 존재하면, 임의의 잔류 액체를 제거하기 위해 소성전에, 오븐에서의 부가의 건조 단계가 포함될 수 있다.
소성 공정의 초기 단계는 유기 결합제를 제거하기 위한 결합제 연소로 구성된다. 바람직하게는, 결합제 연소는 소성을 위한 세라믹 물품의 초기 가열 동안에 수행된다. 또한, 별도의 결합제 연소 및 소성 공정이 사용될 수 있다. 상기 두 경우에서, 유기 결합제는 소성 제품에서 결함이 전개되는 것을 방지하기 위해서, 유리 분말의 연화 및 소결전에 완전히 제거되어야만 한다. 유기 결합제는 전형적으로 약 200-400 ℃ 에서 연소된다. 온도 및 시간의 특정 소성 프로필은 사용되는 일단의 미가공 제형에 의존할 것이다. 바람직하게는, 요구되는 온도 및 시간은 최소화되며, 이 동안에는 거의 0 % 의 다공율이 생성된다. 요구되는 최대 소성 온도는 약 700 ℃ 내지 약 1000 ℃ 범위이다.
하기의 문장은 본 발명의 25 개 실시예를 제공한다.
실시예 1: 100 % 섬유 유리 폐기물로 구성된 실시예 1 의 일단의 미가공 제형을 섬유 유리 제조기로부터 수득하였다. 폐기물은 E-유리 연속 섬유 유리 제조로부터 생성되었으며, 유기 사이즈가 도포되었다. 섬유를 섬유 유리 제조기로 작은 조각으로 가공하였다. 제 1 단계에서, 섬유 유리 폐기물을 막자사발 및 공이로 미세 분말로 연마하였다. 이어서, 분말을 100 메쉬 (<0.1 ㎜) 를 통해 체질하였다. 체질한 분말을 결합제 없이, 5,000 psi (제곱 인치당 파운드) 에서 수압 프레스를 사용하여 금속 다이내에서 16 ㎜ 직경 원통형 샘플로 압착하였다. 먼저 압착된 샘플을 프로그램 가능한 박스 화로내에서 소성하여 유기 사이즈를 연소시킨 후, 유리 분말을 촘촘한 세라믹 제품으로 소결하였다. 900 ℃ 의 최대 온도를 사용하였다. 수득된 세라믹 제품은 밀도가 2.60 g/cc 였으며, 이는 E-유리의 이론적인 밀도 2.61 g/cc 의 99 % 를 초과한다. 세라믹 제품은 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 가지며 반투명하였다.
실시예 2: 실시예 1 에서 사용된 섬유 유리 폐기물을 절연 제품으로부터의 섬유 유리 울로 대체하고, 최대 소성 온도를 750 ℃ 로 변경한 것외에는, 실시예 1 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 3: 실시예 1 에서 사용된 섬유 유리 폐기물을 배출 유리로 대체하고, 유리를 막자사발 및 공이로 연마하기 전에 130 ℃ 로 가열하여 물을 제거한 것외에는, 실시예 1 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 배출 유리는 섬유 유리 제조기에 의해 섬유 유리 용융로로부터 수득하였다. 배출 유리는 거대한 유리 조각 형태였다. 2.61 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 4: 폴리비닐 알코올 결합제 6 중량% 를 하기 기재하는 유리 분말에 첨가하고, 1.25 인치2형상 샘플을 압착한 것외에는, 실시예 3 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 먼저 폴리비닐 알코올 결합제를 물에 용해시킨 후, 유리 분말과 혼합하였다. 유리-결합제 혼합물을 약 90 ℃ 오븐에서 건조시켜 물을 제거하였다. 건조된 혼합물을 막자사발 및 공이로 연마하고, 30 메쉬를 통해 체질하였다. 압착 및 소성 단계후, 2.59 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 5: 실시예 1 에서 사용된 섬유 유리 폐기물을 제 2 의 E-유리 연속 섬유 유리 폐기물로 대체하고, 유리를 막자사발 및 공이에서 연마하기 전에 800 ℃ 로 가열한 것외에는, 실시예 1 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 이 폐기물은 섬유 유리 제조기로부터 수득하였으며, 유기 사이즈가 도포되지 않았다. 섬유는 길이가 약 12 인치였으며, 이는 실시예 1 에서 사용된 섬유 유리 폐기물의 섬유 길이보다 훨씬 길었다. 2.61 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 6: 폴리비닐 알코올 결합제 6 중량% 를 하기 기재하는 유리 분말에 첨가하고, 1.25 인치2형상 샘플을 압착한 것외에는, 실시예 5 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 먼저 폴리비닐 알코올 결합제를 물에 용해시킨 후, 유리 분말과 혼합하였다. 유리-결합제 혼합물을 약 90 ℃ 오븐에서 건조시켜 물을 제거하였다. 건조된 혼합물을 막자사발 및 공이로 연마하고, 30 메쉬를 통해 체질하였다. 압착 및 소성 단계후, 2.60 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 7: 실시예 1 에서 사용된 섬유 유리 폐기물을 제 3 의 E-유리 연속 섬유 유리 폐기물로 대체하고, 유리를 막자사발 및 공이에서 연마하기 전에 800 ℃ 로 가열한 것외에는, 실시예 1 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 이 폐기물은 섬유 유리 제조기로부터 수득하였으며, 실시예 1 에서 사용된 섬유 유리 폐기물에 비해 다량의 유기 사이즈가 도포되었다. 섬유는 길이가 약 12 인치였으며, 이는 실시예 1 에서 사용된 섬유 유리 폐기물의 섬유 길이보다 훨씬 길었다. 2.60 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 8: 폴리비닐 알코올 결합제 6 중량% 를 하기 기재하는 유리 분말에 첨가하고, 1.25 인치2형상 샘플을 압착한 것외에는, 실시예 7 에 대해 상기 기재한동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 먼저 폴리비닐 알코올 결합제를 물에 용해시킨 후, 유리 분말과 혼합하였다. 유리-결합제 혼합물을 약 90 ℃ 오븐에서 건조시켜 물을 제거하였다. 건조된 혼합물을 막자사발 및 공이로 연마하고, 30 메쉬를 통해 체질하였다. 압착 및 소성 단계후, 2.59 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 9: 섬유 유리 폐기물을 막자사발 및 공이에서 연마하기 전에, 800 ℃ 대신 750 ℃ 로 가열한 것외에는, 실시예 7 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 2.63 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 10: 폴리에틸렌 글리콜 결합제 6 중량% 를 유리와 혼합한 것외에는, 실시예 9 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 폴리에틸렌 글리콜 결합제는 실온에서 액체 형태이었으며, 따라서 부가의 액체가 첨가되지 않았다. 압착 및 소성 단계후, 2.60 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 11: 폴리비닐 알코올 결합제 6 중량% 를 하기 기재하는 유리 분말에 첨가하고, 1.25 인치2형상 샘플을 압착한 것외에는, 실시예 9 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 먼저 폴리비닐 알코올 결합제를 물에 용해시킨 후, 유리 분말과 혼합하였다. 유리-결합제 혼합물을 약 90 ℃ 오븐에서 건조시켜 물을 제거하였다. 건조된 혼합물을 막자사발 및 공이로 연마하고, 100 메쉬를 통해 체질하였다. 압착 및 소성 단계후, 2.59 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 12-14: 섬유 유리 폐기물 2.5 중량% 를 착색제 충전제로 대체한 것외에는, 실시예 11 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 이들 실시예에도 사용하였다. 3 가지 시판되는 세라믹 착색제를 평가하였다 (또한 세라믹 염료로도 언급됨). 실시예 12 는 백색 착색제를 사용하였고; 실시예 13 은 청색 착색제를 사용하였으며, 실시예 14 는 암청색 착색제를 사용하였다. 세라믹 제품의 색이 사용된 착색제에 대응하는 것외에는, 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다. 세라믹 제품의 밀도는 2.60 내지 2.63 g/cc 였다. 이들 실시예는 본 발명에 의한 상이한 색을 갖는 세라믹 제품의 제조 능력을 입증한다.
실시예 15: 섬유 유리 폐기물을 하기 기재하는 막자사발 및 공이로 연마하는 대신 제분하고, 실시예 10 에 기재한 바와 같이 폴리에틸렌 글리콜 결합제를 첨가한 것외에는, 실시예 7 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 800 ℃ 에서 가열한 후, 섬유 유리 폐기물을 알루미나 매질을 갖는 알루미나 볼 밀내에서 물중에 제분한 후, 100 메쉬 (<0.1 ㎜) 를 통해 체질하였다. 이어서, 제분한 유리를 약 115 ℃ 오븐에서 건조시켜 물을 제거하였다. 건조된 유리 분말을 다시 100 메쉬 (<0.1 ㎜) 를 통해 체질하였다. 결합제를 첨가하고, 압착 및 소성한 후, 2.63 g/cc 의 밀도와 매끄럽고 윤기있는 유형의 표면을 갖는 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다.
실시예 16-22: 섬유 유리 폐기물 2.5 중량% 를 착색제 충전제로 대체한 것외에는, 실시예 15 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 이들 실시예에도 사용하였다. 7 개의 시판되는 세라믹 착색제를 평가하였다 (또한 세라믹 염료로도 언급됨). 실시예 16 은 백색 착색제를 사용하였고; 실시예 17 은 황색 착색제를 사용하였으며, 실시예 18 은 녹색 착색제를 사용하였고; 실시예 19 는 밝은 청색 착색제를 사용하였으며; 실시예 20 은 암청색 착색제를 사용하였고; 실시예 21 은 적색 착색제를 사용하였으며; 실시예 22 는 흑색 착색제를 사용하였다. 세라믹 제품의 색이 사용된 착색제에 대응하는 것외에는, 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다. 세라믹 제품의 밀도는 2.61 내지 2.66 g/cc 였다. 이들 실시예는 본 발명에 의한 상이한 색을 갖는 세라믹 제품의 제조 능력을 입증한다.
실시예 23-24: 섬유 유리 폐기물을 하기 기재하는 막자사발 및 공이로 연마하는 대신 제분하고, 섬유 유리 폐기물 5.0 중량% 를 충전제로 대체한 것외에는, 실시예 7 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 이들 실시예에도 사용하였다. 800 ℃ 에서 가열한 후, 섬유 유리 폐기물을 알루미나 매질을 갖는 알루미나 볼 밀내에서 물중에 제분한 후, 100 메쉬 (<0.1 ㎜) 를 통해 체질하였다. 이어서, 제분한 유리를 약 115 ℃ 오븐에서 건조시켜 물을 제거하였다. 건조된 유리 분말을 다시 100 메쉬 (<0.1 ㎜) 를 통해 체질한 후, 2 개의 충전제와 혼합하였다. 실시예 23 은 실리카 분말의 충전제를 사용하였고, 실시예 24 는 알루미나 분말의 충전제를 사용하였다. 세라믹 제품의 표면 질감이 거칠은 것외에는, 실시예 1과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다. 2 개의 실시예의 세라믹 제품의 밀도는 2.61 g/cc 였다. 이들 실시예는 본 발명에 의해 제조된 세라믹 제품의 표면 질감을 변화시키는 충전제 첨가제의 사용 능력을 입증한다.
실시예 25: 섬유 유리 폐기물을 하기 기재하는 막자사발 및 공이로 연마하는 대신 제분하고, 섬유 유리 폐기물 5.0 중량% 를 충전제로 대체한 것외에는, 실시예 7 에 대해 상기 기재한 동일한 과정을 본 실시예에도 사용하였다. 800 ℃ 에서 가열한 후, 섬유 유리 폐기물을 알루미나 매질을 갖는 알루미나 볼 밀내에서 물중에 제분한 후, 100 메쉬 (<0.1 ㎜) 를 통해 체질하였다. 이어서, 제분한 유리를 약 115 ℃ 오븐에서 건조시켜 물을 제거하였다. 건조된 유리 분말을 다시 100 메쉬 (<0.1 ㎜) 를 통해 체질한 후, 카올린 점토 분말의 충전제와 혼합하였다. 실시예 1 과 유사한 고품질 세라믹 제품을 산출하였다. 세라믹 제품의 밀도는 2.58 g/cc 였다. 본 실시예는 가공 동안에 무기 결합제로서 작용하는 점토 충전제 첨가제의 사용 능력을 입증한다.
실시예와 함께 본 발명의 상세한 설명을 상기에 기재하였다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 당업자에 의해서 본 발명에 여러 가지 다른 변화 및 수정이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 예컨대, 세라믹 제품에는 원하는 경우 광택제가 또한 도포될 수 있으나, 반드시 필요한 것은 아니다. 광택제는 소성전에 도포될 수 있으며, 따라서 단지 한번의 소성이 요구된다. 광택제는 또한 소성후에 도포될 수 있으나, 이 때에는 제 2 의 소성이 요구된다.

Claims (26)

  1. 하기 단계를 포함하는 섬유 유리 폐기물로부터 세라믹 제품의 제조 방법:
    섬유 유리 폐기물을 유리 분말로 변형시키는 단계;
    유리 분말과 첨가제를 유리-첨가제 혼합물로 혼합하는 단계;
    유리-첨가제 혼합물을 과립 입자로 과립화시키는 단계;
    과립 입자를 미가공 세라믹 물품으로 성형하는 단계; 및
    미가공 세라믹 물품을 세라믹 제품으로 가열하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 섬유 유리 폐기물을, 섬유 유리 폐기물의 유리 분말로의 변형전에 가열하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 섬유 유리 폐기물을, 섬유 유리 폐기물의 유리 분말로의 변형전에 가열하여 물을 제거하고, 유기 물질을 연소시키며, 및/또는 섬유 유리 폐기물의 파쇄도를 증가시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 섬유 유리 폐기물의 유리 분말로의 변형이, 섬유 유리 폐기물을 섬유 길이 약 0.6 ㎜ 미만의 조각으로 변형시키는 것을 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 섬유 유리 폐기물의 유리 분말로의 변형이, 섬유 유리 폐기물을 첨가된 액체에 의해서 변형시키는 것을 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 섬유 유리 폐기물의 유리 분말로의 변형이, 섬유 유리 폐기물을 첨가된 물에 의해서 변형시키는 것을 포함하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 섬유 유리 폐기물의 유리 분말로의 변형이, 섬유 유리 폐기물을 첨가되는 액체없이 변형시키는 것을 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 유리-첨가제 혼합물의 70-100 중량% 가 폐기물 유리로 이루어지고, 유리-첨가제 혼합물의 0-20 중량% 가 충전제로 이루어지며, 유리-첨가제 혼합물의 0-10 중량% 가 유기 결합제로 이루어지는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 첨가제가 실리카, 알루미나, 지르코니아, 점토, 장석, 및/또는 임의의 다른 세라믹 원료로 구성되는 충전제로 이루어지는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 첨가제가 점토, 나트륨 실리케이트, 및/또는 임의의 다른 무기 결합제로 구성되는 충전제로 이루어지는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 첨가제가 무기 착색제로 구성되는 충전제로 이루어지는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 첨가제가 세라믹 제품의 표면 질감을 거칠게 하기 위해서 첨가되는 굵은 크기 입자로 구성되는 충전제로 이루어지는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 첨가제가 기계적, 화학적 내구성, 및 열적 성질을 비제한적으로 포함하는 세라믹 제품의 성질을 개선하기 위해서 첨가되는 충전제로 이루어지는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 첨가제가 수성 유기 결합제로 이루어지는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 첨가제가 비수성 유기 결합제로 이루어지는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 유리 분말과 첨가제의 유리-첨가제 혼합물로의 혼합이 유리 분말과 첨가제를 액체중에서 혼합하는 것으로 이루어지는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 유리 분말과 첨가제의 유리-첨가제 혼합물로의 혼합이 유리 분말과 첨가제를 물중에서 혼합하는 것으로 이루어지는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 유리 분말과 첨가제의 유리-첨가제 혼합물로의 혼합이 유리 분말과 첨가제를 첨가되는 액체없이 혼합하는 것으로 이루어지는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서, 유리-첨가제 혼합물의 과립 입자로의 과립화가 유리-첨가제 혼합물을, 스프레이 건조기 또는 유체층 건조기를 비제한적으로 포함하는 건조기내에서 건조시키는 것으로 이루어지는 방법.
  20. 제 1 항에 있어서, 과립 입자의 미가공 세라믹 물품으로의 성형이 압착 또는 압출로 이루어지는 방법.
  21. 제 1 항에 있어서, 미가공 세라믹 물품의 세라믹 제품으로의 가열이 미가공 세라믹 물품을 약 700 ℃ 내지 약 1000 ℃ 의 최대 온도에서 소성하는 것을 포함하는 방법.
  22. 제 1 항에 있어서, 미가공 세라믹 물품의 세라믹 제품으로의 가열이 미가공 세라믹 물품을 건조시켜 액체를 제거한 후, 약 700 ℃ 내지 약 1000 ℃ 의 최대 온도에서 소성하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제 1 항에 있어서, 미가공 세라믹 물품의 세라믹 제품으로의 가열이 세라믹 제품의 부분 결정화를 유발하는 방법.
  24. 제 1 항에 있어서, 세라믹 제품이 타일 또는 벽돌을 포함하는 방법.
  25. 제 1 항에 있어서, 세라믹 제품이 매끄러운 광택 표면을 갖는 방법.
  26. 제 1 항에 있어서, 세라믹 제품이 그위에 광택제를 도포함에 의해서 추가로 가공되는 방법.
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