KR20120099851A - 폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 도자기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 도자기에 관한 것이다.
본 발명의 폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물은 폐지분말 20~60 중량%와 고령토 35~70 중량% 및 바인더 0.1~10 중량%로 구성된다.
본 발명에 의해, 제품의 원가 절감 효과를 갖는 도자기용 소지 조성물 및 친환경적이면서 내구성이 있는 도자기가 제공된다.

Description

폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 도자기{COMPOSITION FOR CERAMIC WARE CONTAINING WASTE PAPER AND CERAMIC MANUFACTURED USING THE COMPOSITION}

본 발명은 폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 도자기에 관한 것으로서, 특히 제품의 원가 절감 효과를 갖고 친환경적이며 내구성이 있는 도자기용 소지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 도자기에 관한 것이다.

산업의 발전 및 국민생활 수준 향상과 더불어 생활폐기물과 산업체에서 발생되는 폐기물의 발생량은 급격히 증가하였으며 폐기물 재활용 측면에서 그에 따른 기술적, 경제적 발전으로 인한 파급효과는 매우 크다.

이에 반해 주된 폐기물 처리방법이었던 매립의 여건은 매립지 확보의 어려움과 매립에 따른 폐해로 인하여 한계에 이르렀다.

또한, 대부분의 폐기물이 어떠한 형태로든 재활용이 가능하다는 점을 감안할 때 매립에 의한 처리는 엄청난 유효 자원의 낭비라는 점에서 바람직한 처리방법이라 할 수 없다.

그 중에서 폐종이(폐지, 廢紙)의 재활용률은 년간 800만 톤 이상으로 높으나 재활용시 품질이 낮아 종류에 따라 재사용이 불가능하여 소각되는 경우가 높은 것으로 집계되었다.

폐종이의 재활용은 부족한 산림자원의 한계를 극복하고 지구온난화 문제와 관련하여 온실가스 저감 효과 및 산림 보호에도 크게 기여할 수 있을 것이다.

특히, 폐지 재활용의 이러한 순기능에 대하여 보고서에 따르면 폐지 1톤 재활용시 약 1.07379 톤의 CO₂가 저감되는 것으로 나타났다.

현재 도자기 제조용 소재의 원료는 60%이상을 수입에 의존하고 있어 품질의 균일성 부족, 소재의 다양성 부족으로 인하여 도자기의 질이 계속하여 떨어지고 있다.

전체적인 도자기 소재 및 도자 제품의 수입 현황을 살펴보면 해마다 10% 이상의 증가율로 높아지고 있으나 도자 관련 친환경 제품은 찾아보기 힘들다.

특히, 국내 폐지 재활용 기술 개발 및 소재, 관련 제품은 전무하며 은나노, 게르마늄, 원적외선 등 기능성 제품이 주류를 이루어 기술 개발이 절실한 상태이다.

또한, 기존에 종이와 융합된 점토는 굽기 전의 높은 강도와 가벼운 무게 때문에 예술품에는 이용되었으나 기술적 문제와 정보의 부족으로 실질적으로 도자기의 실용적 소재로 사용하는데는 어려움이 있었다.

본 발명의 목적은 폐지를 이용함으로써 제품의 원가 절감 효과를 갖는 도자기용 소지 조성물을 제공하기 위한 것이다.

또한, 친환경적이며, 내구성이 있는 도자기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도자기용 소지 조성물은, 폐지분말 20~60 중량%와 고령토 35~70 중량% 및 바인더 0.1~10 중량%로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 바인더로 산화알루미늄, 규석 중 선택된 1종 이상을 사용하거나 또한 규회석, 골회, 활석, 도석, 산화리튬, 백운석 중 선택된 1종 이상을 사용한다.

본 발명의 도자기용 수지 조성물의 제조방법은 폐지를 분쇄하여 폐지분말을 제조하는 단계, 상기 제조된 폐지분말 20~60 중량%과 고령토 35~70 중량% 및 바인더 0.1~10 중량%를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 제조된 혼합물을 탈수하여 소지토를 제조하는 단계 및, 상기 제조된 소지토를 토련한 후 건조하여 도자기용 소지 조성물을 제조하는 단계로 구성된다.

상기 폐지분말 제조하는 단계에서 분쇄 후 정제하는 단계를 더 포함하여 구성되기도 한다.

또한, 상기 소지토 제조하는 단계에서 탈수 전 탈철하는 단계를 더 포함하여 구성되기도 한다.

본 발명에 의해, 폐지를 재활용함으로써 환경 개선 효과를 갖으며, 제품의 원가 절감 효과로 원료의 30% 이상의 수입 대체효과가 가능하여 매출 증대에도 기여하게 된다.

또한, 친환경적이며, 내구성이 있는 도자기를 만들 수 있다.

도 1은 본 발명의 도자기용 소지 조성물의 제조공정을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 도자기용 소지 조성물의 제조방법은 폐지를 분쇄하여 분말재료를 제조하는 과정(S1)으로부터 시작된다.

단계(S1)는 먼저 사용하고 버려진 폐지(폐종이, 廢紙)를 준비하고, 이를 분쇄하여 폐지 분말재료를 만든다. 여기서 폐지 대신에 다른 종이인 신문용지, 인쇄지, 필기용지, 포장용지, 박엽지, 기타 특수지 등 식물의 섬유를 이용하여 종이형태로 형성된 것들은 모두 사용가능하다

상기 단계에서 분쇄 후 정제하는 단계를 더 거치기도 하는데 이는 폐지에 불순물이 많이 함유되어 있을 경우 불순물을 제거하기 위한 것으로 반드시 필요한 과정은 아니며, 깨끗한 폐지일 경우에는 생략 가능하다.

단계(S2)는 상기와 같이 제조된 폐지 분말재료와 고령토, 바인더를 함께 혼합하여 혼합물을 제조한다.

고령토(高嶺土, kaolin)는 카올리나이트 Al₂O₃ ?2SiO₂ ?2H₂O와 할로이사이트 Al₂O₃ ?SiO₂ ?4H₂O가 주성분으로, 장석류가 탄산, 물에 의한 화학적 풍화작용을 거쳐 생성된다. 순백색 또는 약간 회색이며 도자기의 원료로, 백자, 분청사기, 청자상감자기에 주로 사용된다.

상기와 같은 고령토 외에 청자토, 백자토, 석기토, 산청토, 옹기토, 자기토, 내열토 등 다른 종류의 점토(clay)들 모두가 사용가능하다.

폐지는 점토와 섞어서 구울 때 폐지에서 나오는 비유기적인 무기물은 타 없어지지 않고 다른 점토 무기물과 상호작용하여 형태를 변화시켜 본래의 소재 역할을 한다.

즉, 폐지에서 나오는 응집제(Filler)는 굽는 단계에서 폐지 융합 도자기 구조를 회장석으로 변화시킨다. 그로 인하여 도자기 본래의 특징을 변화시키는데 굽기 전의 흙 상태의 건조 강도, 수축률, 변형(뒤틀림), 소성폭 등이 향상되는 것을 볼 수 있어 기존의 도자기 소재보다 생산성 및 품질을 높일 수 있다.

본 발명은 폐지분말 20~60 중량%와 고령토 35~70 중량% 및 바인더 0.1~10 중량%로 도자기용 소지 조성물을 조성함으로써, 기존의 국내에 출시된 도자기 제조용 소재보다 굽기 전 건조 강도가 향상되며, 저 수축성으로 인하여 변형이 적고 넓은 소성 폭 등으로 제품 성형시 생산성 증대 및 제조 공정의 시간적 단축으로 제품의 제조 원가를 낮출 수 있는 친환경 도자기를 만들 수 있게 된다.

여기서, 폐지분말이 20 중량% 미만이면 원가 절감효과를 얻을 수 없을 뿐 아니라 건조 강도가 기존에 출시된 도자기 제조용 소재와 차이가 없으며, 주조성인 고령토와의 수축성의 차이가 나서 변형이 일어나 제품의 결함이 발생할 가능성이 있다.

또한, 폐지분말이 60 중량%를 초과하면 고령토와의 결합성이 떨어져 도자기 소재로 사용이 불가능하다.

고령토는 35 중량% 미만이면 폐지의 함량이 너무 많아져 폐지와의 결합성이 떨어짐으로 인해 도자기 소재로 사용이 불가능하며, 70 중량%를 초과하면 폐지의 함량이 적어 원가 절감효과를 얻을 수 없으면서 건조 강도가 약해 기존에 출시된 도자기 제조용 소재와 차이가 나지 않는다.

바인더는 내구성을 보다 향상시키기 위한 역할로써, 산화알루미늄과 규석 중 선택된 1 종 이상이 사용되거나 규회석, 골회, 활석, 도석, 산화리튬, 백운석 중 선택된 1종 이상이 사용된다.

규회석(硅灰石, wollastonite, CaSiO₃)은 삼사정계에 속하는 광물로서 철, 망가니즈의 함유량에 따라 물리적 성질이 달라지며 굳기는 4.5~5, 비중은 2.9이고, 흰색 또는 회백색에 유리 광택이 있다.

골회(骨灰, bone ash)는 아교질이나 지방질을 채취하고 난 동물의 뼈를 태워서 가루로 만든 것으로 도자기?유리 등의 매용제(媒溶劑)로 주로 사용된다.

활석(滑石, talc, Mg₃(OH)₂Si₄O₁₀)은 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 암석으로 색깔은 백색, 은백색, 담녹색 등이 있으며 아트지를 가공할 때의 재료가 되거나 화장품, 보온용 내화재 등에 사용된다.

산화알루미늄(aluminum oxide, Al₂O₃)은 알루미늄과 산소의 화합물로 알루미나라고도 한다. 천연에서 코런덤?루비?사파이어등으로 존재하고 α-산화알루미늄, 膨-산화알루미늄 등이 있다.

도석(陶石, pottery stone)은 견운모, 규석, 단백석 등으로 구성되어 원석만으로 도자기를 제조할 수 있는 암석으로서 굳기는 1~3, 비중은 2.61~2.74 이며 내화물, 제지용, 농약용 등으로도 사용된다.

규석(硅石, silica stone, SiO₂)은 주로 석영으로 이뤄진 광물로서, 순도가 높은 흰색을 백규석이라 하고, 주로 유리 ?도자기 ?규소 ?페로실리콘의 원료로 사용된다.

산화리튬(Li₂O)은 도자기에 사용하게 되면 비중이나 열팽창률의 감소, 유동성의 증가, 용융온도 및 아연화 온도의 저화, 용융시간 및 소성시간의 단축 등의 특성을 갖게 한다.

백운석(白雲石, dolomite, CaMg(CO₃)₂)은 삼방정계의 광물로, 고회석(苦灰石)이라고도 하며 방해석의 돌로마이트화로 형성되며, 굳기는 3.5~4, 비중은 2.8~2.9이고 흰색, 회색 또는 분홍색, 노란색, 갈색, 녹색을 띤다. 투명 또는 반투명하고 유리 광택이 있는데 결정은 때로 진주 광택이 난다.

상기와 같이 구성된 바인더는 전체중량을 기준으로 0.1~10 중량% 함유되는 것이 좋다.

바인더의 함량이 0.1 중량% 미만이면 내구성이 약해 폐지와 고령토의 결합만으로 내구성을 유지하기 힘들어 성형한 도자기 형태 그대로 오래 견디지 못하는 문제점이 있으며, 바인더의 함량이 10 중량%를 초과하면 오히려 원료비용만 더 부가될 뿐 더 향상된 내구성의 효과는 얻지 못한다.

단계(S3)는 상기와 같이 제조된 혼합물을 탈수하여 소지토를 제조한다.

상기 탈수과정을 통해 소지토에 함유되어 있는 수분을 제거함으로써 장기 보관이 가능하게 된다.

또한, 상기 탈수과정 전에 탈철과정을 더 거쳐 소지토를 제조하기도 한다. 이 과정은 혼합물내에 함유하고 있는 철분 또는 불순물을 제거하기 위한 과정으로 철분 및 불순물의 함량이 적을 경우 생략하여도 된다.

단계(S4)는 상기와 같이 제조된 소지토를 토련하고 건조시켜 본 발명의 도자기용 소지 조성물을 제조한다.

상기 토련과정은 상기 소지토를 잘 반죽시키면서 소지토 속에 섞여 있는 공기를 빼기 위해 수행되는 과정이다.

본 발명은 상기와 같이 제조된 도자기용 소지 조성물을 통상적인 성형, 저온소성, 유약도포, 고온소성의 공정을 거쳐 친환경적이면서 내구성을 갖는 도자기를 제조하게 된다.

<실시예1> 본 발명의 도자기용 소지 조성물 제조1

깨끗한 폐지를 준비하고 이를 볼밀로 분쇄하여 미세분말형태로 제조한 후, 여기에 섞인 불순물을 없애기 위해 정제하여 폐지 분말재료를 제조하였다.

상기 제조된 폐지 분말 30 kg, 고령토 65 kg, 산화알루미늄 2 kg, 도석 3 kg을 혼합기에 넣어 혼합물을 제조하였다.

상기 혼합물를 탈철기에 통과시켜서 원료속에 잔존하는 철분 내지 불순물을 제거한 후 탈수기를 통과시켜 수분이 제거된 소지토를 제조하였다.

이렇게 제조된 상기 소지토를 토련기에 넣고 최적의 상태로 반죽한 다음 건조하여 본 발명인 도자기용 소지 조성물1을 제조하였다.

<실시예2> 본 발명의 도자기용 소지 조성물 제조2

상기 실시예1과 같은 방법으로 조성물을 제조하되, 폐지 분말 47.5 kg, 고령토 47.5 kg, 산화알루미늄 2 kg, 도석 3 kg을 혼합기에 넣어 제조된 혼합물을 사용하여 본 발명인 도자기용 소지 조성물 2를 제조하였다.

<실시예3> 본 발명의 도자기용 소지 조성물 제조3

상기 실시예1과 같은 방법으로 조성물을 제조하되, 폐지 분말 60 kg, 고령토 35 kg, 산화알루미늄 2 kg, 규석 3 kg을 혼합기에 넣어 제조된 혼합물을 사용하여 본 발명인 도자기용 소지 조성물 3를 제조하였다.

<실시예4> 본 발명의 도자기용 소지 조성물 제조4

상기 실시예1과 같은 방법으로 조성물을 제조하되, 폐지 분말 47.5 kg, 고령토 47.5 kg, 규회석 2 kg, 골회 2 kg, 활석 1 kg을 혼합기에 넣어 제조된 혼합물을 사용하여 본 발명인 도자기용 소지 조성물 3를 제조하였다.

<실험예> 도자기용 소지 조성물의 물성 측정

상기 실시예1에서 제조된 도자기용 소지 조성물1의 물성(압축강도, 소성 수축율, 흡수율, 비중. 흡수율, 납 및 카드늄 검출량)을 측정하였으며, 그 결과 아래의 표 1과 같이 나타났다.

이때, 비교예로는 기존의 국내에 출시된 도자기 제조용 소재(폐지를 포함하지 않고 고령토가 주 구성요소로 이루어진 소지)를 사용하였다.

평가항목	단위	비교예	실시예1
압축강도	kgf/cm2	700	750~780 이상
소성 수축율	%	13±0.5	13±0.5 이상
흡수율	900±5℃/%	18~20 이하	18~20 이하
비중/흡수율	110±5℃/%	23	23 이하
납 및 카드뮴 검출량	mg/ℓ	불검출	불검출

상기 표 1과 같이 실시예 1인 본 발명의 친환경 도자기용 소지 조성물의 압축강도는 750 ~ 780 kgf/cm², 비교예는 700 kgf/cm₂ 를 나타내었다. 즉, 본 발명의 소지 조성물에서 높은 압축강도를 나타냄을 확인하였다.

또한, 실시예 1의 소성 수축율과 비중/흡수율은 비교예의 소성수축율보다 같거나 더 높게 나타났으며, 흡수율은 유사하게 나타냄을 확인하였다.

또한, 납 및 카드뮴의 검출량을 확인한 결과 비교예의 조성물, 실시예1의 소지 조성물 모두 검출되지 않았음을 확인하였다. 즉, 폐지를 사용하여도 납 및 카드뮴은 검출되지 않음을 알 수 있었다.

즉, 본 발명의 기술로 인해 기존의 국내에 출시된 도자기 제조용 소재보다 굽기 전 건조 강도가 향상되며, 저 수축성으로 인하여 변형이 적고 넓은 소성 폭 등으로 제품 성형시 생산성 증대 및 제조공정의 시간적 단축으로 제품의 제조 원가를 낮출 수 있는 친환경 제품을 제공할 수 있게 되었다.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 폐지분말 20~60 중량%와 고령토 35~70 중량% 및 바인더 0.1~10 중량%로 구성되는,
   폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물.
   
2. 청구항 제1항에 있어서,
   상기 바인더는 산화알루미늄, 규석 중 선택된 1종 이상인,
   폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물.
   
3. 청구항 제1항에 있어서,
   상기 바인더는 규회석, 골회, 활석, 도석, 산화리튬, 백운석 중 선택된 1종 이상인,
   폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물.
   
4. 폐지를 분쇄하여 폐지분말을 제조하는 단계;
   상기 제조된 폐지분말 20~60 중량%와 고령토 35~70 중량% 및 바인더 0.1~10 중량%를 넣고 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 제조된 혼합물을 탈수하여 소지토를 제조하는 단계; 및,
   상기 제조된 소지토를 토련한 후 건조하여 도자기용 소지 조성물을 제조하는 단계를 포함하는,
   폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물의 제조방법.
   
5. 청구항 제4항에 있어서,
   상기 폐지분말을 제조하는 단계에서 분쇄 후 정제하는 단계를 더 포함하는,
   폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물의 제조방법.
   
6. 청구항 제4항에 있어서,
   상기 소지토를 제조하는 단계에서 탈수 전 탈철하는 단계를 더 포함하는,
   폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물의 제조방법.
   
7. 청구항 제4항에 있어서,
   상기 바인더는 산화알루미늄, 규석 중 선택된 1종 이상인,
   폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물의 제조방법.
   
8. 청구항 제4항에 있어서,
   상기 바인더는 규회석, 골회, 활석, 도석, 규석, 산화리튬, 백운석 중 선택된 1종 이상인,
   폐지를 이용한 도자기용 소지 조성물의 제조방법.
   
9. 청구항 제1항 내지 제3항의 도자기용 소지 조성물로 성형되어 제조된,
   폐지를 이용한 도자기.

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