KR20050112706A - 유리제품 바스켓 드럼 장착 광택장치 - Google Patents

Abstract

본 특허는 유리제품 광택장치에 관한 것으로 그 목적은 유리제품의 광택에서 발생되는 다음의 주요 3가지 문제점들; (1)슬러지 생성 및 제거에 따른 위험성과 비경제성 (2)광택조와 세척조간의 용액 혼입에 의한 농도저하 (3)제품유형에 따른 내부 결함발생등을 제거할수있는 광택방법과 광택장치를 제공하는 것이며, 그 구성은 소정크기를 갖는 원형 광택바스켓과; 여러개의 광택바스켓을 한 개의 샤프트로 결합한 바스켓드럼과; 바스켓 드럼이 충진 장착되는 반응조와; 광택액을 담은 광택 용액탱크와; 광택용액과 세척용액을 펌핑받아 스럿지를 침전시키는 역할을 하는 광택액 스럿지 분리탱크와 세척액 분리탱크로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

유리제품 바스켓 드럼 장착 광택장치 { Glassware Pokishing unit with basket drum}

유리제품의 광택시 발생되는 스럿지량을 획기적으로 줄이고, 광택용액과 세척용액이 서로 섞이지 않게하며, 어떤 형태의 유리제품도 고품질의 광택결과를 얻게하는 광택장치의 발명.

불산(HF)을 이용한 납유리제품의 광택은 유리표면을 부식(Etching)하는 공법을 고도로 발전시킨 기술이다.

유리표면을 부드럽고 광채가 발하도록 하는 광택 공법은 유리표면을 뿌옇게하는 공법과 반대되는 결과를 얻게되는 것이다.

유리표면의 부식은 형석(CaF₂)과 황산(H₂SO₄)의 반응결과물인 기체상의 불산(HF)에 의하여 이루어지게 된다는 사실은 오래전에 발견되었으며, 이러한 화학반응을 오늘날의 일반적인 광택기술에 응용하여 고도로 발전시켜 왔다는 것은 여러 보고서에 발표되고 있다.

유리표면 광택은 불산을 이용하지 않고도 압축된 양모털을 휠의 형태로 만들어 광택재를 도포하여 기계적으로 연마함으로도 할수 있으나 이 방법은 비경제적이고 불산을 이용한 광택방법에 비해 광택도가 떨어진다는 점 때문에 불산을 이용한 광택방법이 더욱 효과적으로 개발되고 발전되어 왔다.

유리의 광택에 관한 기본 화학반응은 다음과 같으며,

=> SiO₂·xH₂O+6HF -> 2H+[SiF]²+(2-x)H₂O

보통 다음과 같이 화학 평형이 이루어지게 된다.

=> SiO₂·H₂O+4HF <=> SiF₄+(2-x)H₂O

SiF₄는 F와 반응하는 강한 경향을 갖고있어

다음반응이 쉽게 일어난다.

SiF+2F->(SiF)²

이 반응은 가수분해되어 묽은 규산(Silicic Acid)이 된다.

이 규산은 불화규산(fluoro silic acid : H₂SiF)이나,

또는 해당산의 염으로 존재하게 되며, (유리제품속에 있는 납, 칼슘, 마그네시움등의염) 황산과 반응하면 SiF가 방출되고 해당 불화물로 분해된다. 결국 최종 반응물은 불화물이 되는 것이다.

이를 화학 반응식으로 요약하면 다음과 같다.

* 단계 1 :

Na₂O·SiO₂+6HF => Na₂SiF+3H₂O

K₂O·SiO₂+6HF => K₂SiF+3H₂O

PbO·SiO₂+6HF => PbF₂+H₂SiF+3H₂O

CaO·SiO₂+6HF => CaF₂+H₂SiF+3H₂O

MgO·SiO₂+6HF => MgF₂+H₂SiF+3H₂

SiO₂+6HF => H₂SiF+2H₂O

*단계 2 :

Na₂SiF+H₂SO₄<=> Na₂SO₄+H₂SiF

K₂SiF+H₂SO₄<=> K₂SO₄+H₂SiF

PbF₂+H₂SO₄<=> PbSO₄+2HF

CaF₂+H₂SO₄<=> CaSO₄+2HF

MgF₂+H₂SO₄<=> MgSO₄+2HF

H+

H₂SiF -------------> SiF₄+2HF

단계1은 비가역반응이고 단계2는 가역반응으로 온도와 2가지 산의 농도에 영향을 받게된다.

단계1이 광택반응이며 불산의 농도에 의해 결과가 좌우된다.

황산은 기본적인 광택반응에 관여하지는 않지만 광택품질에 결정적인 영향을 미치게 된다.

불산과 유리의 반응에 의해 유리표면에는 겔상태의 염과 약간의 결정화물이 엷은막을 형성하며 달라 붙게 되는데 결정화물은 불화물이고 겔(Gel)상태의 염은 알카리금속의 불화규소산염(fluorosilicate)으로서 이들은 황산에 의해 황산화물로 분해되어 쉽게 용액으로 세척된다.(단계2반응)

위에 기술한 광택반응의 매커니즘을 기본으로 하여 오늘날 여러 공장에서 ㅏ용되는 광택공법이 개발되어 왔으며 광택공법에서 가장 중요한 요소는 (1) 유리의 구성성분 (2) 광택용액의 온도 (3) 광택시간 및 광택용액과 세척용액과의 접촉 교대시간이다.

위에 기술한 기본 반응 메커니즘과 실제 공법에서 활용되는 주요광택 노하후로 보편적으로 개발된 광택방법은 다음 3가지로 크게 대분된다.

①일반공법 : 가장 보편적으로 광범위하게 사용되며, 광택액은 상대적으로 불산의 농도가 약하며 2~10중량%의 불산, 50~60%중량%의 황산 나머지가 물로 이루어진다.

②로레인 공법 : 광택용액으로 30중량%의 불산을 사용한다.

③아이리쉬 공법 : 75중량%의 불산을 사용하며 짧은 시간내 광택을 완료한다.

상기공법에 의한 광택은 온도에 견딜수있는 내산성의 재질로 된 반응조(광택 및 세척조)에 광택할 목적물(유리제품)을 넣은 벌집모양의 칸막이가 되어있는 바스켓에 넣어 반응 시키게된다.

이 바스켓은 불산과 세척액이 담겨있는 탱크로 기계적으로 이동시켜 광택하게 된다.

위에 기술한 공법은 40~60℃의 온도에서 약10~20분간 시간이 소요된다.

반응조(광택조)의 불산농도가 높으면 광택이 단시간에 이루어지는 장점이 있으나, 품질을 관리하기가 용이하지 않은 단점이있어 과광택이되어 조각면이 문드러지거나 광택이 제대로 되지않아 표면이 우둘투툴한 상태가 되기도한다.

또한 반응결과물로서 최초 광택조에 없던 화학물질들이 발생하게 되는데 이러한 화학물질은 불화물, 불화실리콘염, 불하규소산, 황산화물 및 불화규소들로 이루어지는데 이러한 원하지 않는 반응생성물들이 광택을 저해하기도하며 슬러지를 형성하여 광택조에 침적되어 원활한 광택반응을 저해한다. 이렇게 형성된 슬러지는 반응조 바닥에 부착된 방출밸브를 통해 쉽게 제거되지도 않아 액을 깨끗한 통에 펌핑하여 플라스틱 삽으로 제거하여야 하므로 생산공정을 마비시킬뿐 아니라 고가의 강산성의 슬러지 처리 비용과 불상용액을 자주 재보충하여야 되는 문제점을 안고 있고, 작업자도 자주 위험한 환경에 노출되기도 한다.

또다른 문제점으로는 광택액의 세척조 유입에 따른 세척력 약화 및 광택액의 과다소비 및 지속적인 불산의 보충이다. 광택이 진행되면서 유리표면에는 엷은막이 형성 부착되어 더 이상의 광택을 방해하게되어 반드시 제거하는바, 이막을 저거하기 위해 유리제품이 담긴 바스켓을 광택조에서 세척조(50~60 중량%의 황산과 물로구성)로 이동을 한후 다시 광택조에서 광택을 하는 과정을 십수회이상 반복해야하며, 이 과정에서 광택조의 불산용액이 세척조에 유입되어 세척조의 세척력을 약화시키거나, 반대로 세척조의 물이 광택조에 유입되어 불산의 농도를 낮추어 광택품질을 저하시키게 된다.

광택할 유리제품의 모양과 관련해서도 문제가 발생하기도 한다.

구형(球形)속이 비어있는 제품(양주병, 목이좁은 꽃병등)의 경우, 도(圖)1. 에서와 같이 불산증기가 제품내부의 상부에 잡히고 바닥면에는 침적물(반응생성물인 슬러지)이 가라 않아 불산의 증기가 내부표면을 손상시키거나 내부 바닥면이 푸르스름한 빛을 띠는 뿌연면이 되게하여 제품을 손상시키게 되는데 이론적으로 이러한 불산증기나 침전물을 제거하기란 쉬워도 실제로는 대단한 문제점을 제기한다.

이를 피하기위해 양주병의 경우는 광택하기전 낱개 낱개씩 물을 채워 마개를 하기도하는 번거로운 방법을 쓰기도 하나 일단 발생하면 수동방법으로 개별제품에 광택액을 넣어 광택한후 세척액을 부어 세척하는등의 조치를 해야하나 일 자체가 노동집약적일분 아니라 소기의 생산효율을 올리기가 어려운 문제를 안고있다.

따라서 본 특허의 목적은 위에 설명한 하기3가지 문제점을

(1) 슬러지 생성 및 제거에따른 위험성과 비경제성

(2) 광택조와 세척조간의 용액 혼입에의한 농도 저하

(3) 제품유형에 따른 내부 결함 발생

해결할 뿐만 아니라 작업에 따르는 에상되는 위해요소를 제거함으로써 품질과 안전을 확보하는데 있다.

이하 본 특허를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

광택용 바스켓(도3)을 원형으로 제작하고 칸막이를 함으로서 여러개의 제품을 동시에 적재하고 제품끼리의 충돌로 인한 파손 및 긁힘을 방지한다.

그 바스켓을 여러 개를 제작하여 샤프트로 연결하여 하나의 드럼 (도4)으로 하여 반응조내에 넣어 이를 모터로서 서서히 회전하게 한다. [도1의(1)] 이때 제품은 회전되면서 내부의 불산 증기가 빠지게 되어있어 내부의 불산증기 접촉으로 인한 결함이 사라지게 된다.

그 다음 광택용액탱크 [도2의 (3)]의 광택액을 펌핑하여 반응조 [도2의 (2)]에 유입시켜 일정한시간 바스켓드럼을 회전하여 반응시킨후 다시 광택용액탱크에 유입시킨다.

곧 이어 세척용액탱크 [도2의 (4)]의 세척액을 펌핑하여 동일한 방법으로 반응시킨후 다시 세척 탱크에 재유입시킨다. 위와같은 방법으로 수회 반복하며 광택품질의 확보는 물론 서로 다른 용액간의 혼입을 방지할수있다.

일정시간 반응후 광택액과 세척액을 광택액 스럿지 분리탱크 [도2의(5)]와 세척액 스럿지 분리탱크 [도2의 (6)]에 펌핑시킨후 위의 상등액을 광택용액탱크와 세척용액 탱크에 공급하여 광택작업을 수행한다. 이때 스럿지 분리탱크에 저장된 액은 24시간 이상 침전시키면 스럿지가 뾰죽하게 생긴 밑 부분에 가라앉게 되며 그때 방출 밸브를 [도2의 (5)와(6)] 열어 제거하여 쉽게 안전하게 스럿지를 제거하게 되며 동시에 장시간 혼탁해지지않은 광택액과 세척액을 사용할 수 있게된다.

이상에서 볼 때 본 특허의 광택장치는 기존의 광택에서 발생되는 주요 문제점

(1) 슬러지 생성 및 제거에따른 위허성과 비경제성

(2) 광택조와 세척조간의 용액 혼입에의한 농도 저하

(3) 제품유형에 따른 내부 결함 발생

들을 제거하고 위해환경요소 제거에도 기여할수있는 잇점이 있음은 물론 작업중의 로스타임을 없애 생산성 효율을 극대화 할 수 있는 것이다.

제1도는 목이 좁고 중간이 볼록한 제품의 광택시 발생되는 불산 증기가(HF 蒸氣)내부면과 반응하여 결함을 발생케하는 과정을 보여주는 예시도

제2도는 본 특허에 따른 광택장치의 구조 및 처리 흐름을 보여주는 예시도

=> 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1)광택 드럼

2)반응조

3)광택 용액탱크

4)세척 용액탱크

5)광택액 스럿지 분리 탱크

6)세척액 스럿지 분리 탱크

7)광택액 스럿지 배출구

8)세척액 스럿지 배출구

제3도는 낱개 제품을 소정크기의 벌집모양의 칸막이가 있는 광택 바스켓을 보여주는 정면도 및 단면도

제4도는 여러개의 광택 케이지ㅡㄹ 한개의 샤프트로 결합한 광택 드럼의 정면도

Claims (2)

1. 소정크기를 갖는 원형 광택바스켓과; 여러 개의 광택바스켓을 한개의 사프트로 결합한 바스켓드럼과; 바스켓드럼이 충진되는 반응조와; 광택액을 담은 광택용액탱크와; 세척액을 담는 세척용액탱크로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리제품 광택 방법과 그 장치
2. 제 1항에 있어서 상기 광택용액탱크와 내산용 파이프로 연결되어 광택 용액을 펌핑받아 스럿지를 침전시키는 역할을 하는 광택액 스럿지 분리 탱크와 상기 세척용액탱크와 내산용 파이프로 연결되어 세척 용액을 펌핑받아 스럿지를 침전시키는 역할을하는 세척액 스럿지 분리 탱크를 특징으로하는 유리제품 광택장치