KR20150116143A - 사출성형을 이용한 도자기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 도자기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도자기의 원료인 소지에 유동성을 부여하고 이를 사출 금형을 이용하여 성형 제조하는 도자기 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 도자기의 제조방법은, 소지분말 60~75중량%와, 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 수지 25~40중량%를 혼합한 후 180~250℃로 가열 교반하여 페이스트 상태의 소지혼합물을 제조하는 단계와, 페이스트 상태의 소지혼합물을 건조한 후 파쇄하는 단계와, 파쇄된 소지혼합물을 사출장치를 이용하여 가열하여 수지를 용융시킨 후, 금형으로 주입하여 성형하는 단계와, 성형된 도자기를 물에 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 가열로에 장입하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 단계, 및 수지가 제거된 도자기 표면에 유약을 도포하여 소성하는 단계를 포함한다.

Description

사출성형을 이용한 도자기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 도자기 {Ceramic ware manufacturing methode using injection molding and Ceramic ware thereof}

본 발명은 도자기 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사출성형을 이용하여 도자기를 제조하는 방법과 이에 의해 제조된 도자기에 관한 것이다.

식기는 여러 종류로 구분될 수 있지만, 재질에 따라 크게 플라스틱 재질의 식기와 도자기재질의 식기로 구분된다. 플라스틱 식기는 대량생산이 가능하여 널리 사용되고 있지만, 가열된 음식을 담는 경우 환경 호르몬이 발생하는 문제가 있어, 최근에는 인체에 무해한 도자기 식기가 선호되고 있다.

도자기 식기는 점토, 고령토 장석, 규석 등으로 이루어진 소지에 물을 일정 비율로 혼합하여 원하는 형상으로 성형한 후 고온에서 소성하여 제조하는데, 도자기를 성형하는 방법으로는 압착성형법, 물레성형법, 주입성형법이 사용되고 있다.

하지만, 이들 성형방법은 수작업이 많이 소요됨에 따라 생산성에 한계가 있을 뿐만 아니라, 덮개와 밀폐 결합되는 식기와 같이 정밀한 치수의 제품이나 복잡항 형상의 제품을 성형할 수 없는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제1262809호“주입성형이 가능한 분청소지 조성물 및 이를 이용한 분청도자기의 제조방법”(2013.05.09)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 정밀한 치수가 요구되거나 복잡한 형상의 도자기를 용이하게 제조할 수 있고, 제품 생산성이 향상되어 대량생산이 가능한 사출성형을 이용한 도자기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 도자기를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 사출성형을 이용한 도자기의 제조방법은, 소지분말 60~75중량%와, 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 수지 25~40중량%를 혼합한 후 180~250℃로 가열 교반하여 페이스트 상태의 소지혼합물을 제조하는 단계와, 페이스트 상태의 소지혼합물을 건조한 후 파쇄하는 단계와, 파쇄된 소지혼합물을 사출장치를 이용하여 가열하여 수지를 용융시킨 후, 금형으로 주입하여 성형하는 단계와, 성형된 도자기를 물에 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 가열로에 장입하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 단계, 및 수지가 제거된 도자기 표면에 유약을 도포하여 소성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 있어서, 전체 수지 중량을 기준으로, 상기 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 수지는 1:0.7~1.3의 중량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 성형된 도자기를 20~60℃의 물에 15~24시간 동안 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 600~700℃로 3~6시간 동안 가열하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 사출장치는 가열된 소지혼합물을 1500~4500(psi)의 사출 압력으로 가압하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상술한 제조방법 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 도자기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 금형에 의해 사출되어 도자기가 성형됨에 따라 덮개와 밀폐결합이 가능한 식기와 같이 형상이 복잡하거나 정밀한 치수가 요구되는 제품을 도자기로 제조할 수 있음은 물론, 많은 수작업이 요구되는 기존 도자기 성형방법과 비교하여 생산성이 향상되어 대량으로 생산이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 도자기 제조방법을 설명하는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 도자기 제조방법을 설명하는 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도자기 제조방법은, 소지분말과 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 수지를 혼합한 후 가열 교반하여 페이스트 상태의 소지혼합물을 제조하는 단계(S110), 페이스트 상태의 소지혼합물을 건조한 후 파쇄하는 단계(S120), 파쇄된 소지혼합물을 사출장치를 이용하여 도자기를 성형하는 단계(S130), 성형된 도자기로부터 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 수지를 제거하는 단계(S140), 및 도자기 표면에 유약을 도포한 후 소성하는 단계(S150)를 포함한다.

소지혼합물을 제조하는 단계(S110)는, 도자기의 원료인 소지와 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 수지를 혼합하고 수지가 용융되도록 180~250℃로 가열한 후 교반하여 제조한다. 소지로는 점토, 고령토, 장석, 카올린과 같은 흙, 알루미나, 지르코니아, 산화아연과 같은 금속산화물, 탄화붕소와 같은 탄화물, 질화실리콘, 질화알루미늄과 같은 질화물 등이 혼합된 분말이 사용될 수 있다.

본 발명에 사용되는 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌은 열용융성 수지로서, 사출 성형시 용융되어 분말형태의 소지에 유동성을 부여함은 물론, 성형된 도자기가 형상을 유지할 수 있도록 한다. 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 수지는 소지혼합물 중량 대비 25~40중량%로 첨가되는 것이 바람직한데, 25중량% 미만이 첨가되면 성형시 소지혼합물의 유동성이 부족하여 금형 내부로 이동이 원활하지 않은 문제가 있고, 40중량%를 초과하여 첨가되면 성형시 유동성이 좋은 장점은 있으나, 후술하는 바와 같이 수지 제거에 장시간이 소요되고 수지 제거시 도자기 형상이 제대로 유지되지 않는 문제가 있다.

소지혼합물 제조시 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌은 수지 전체 중량을 기준으로 1:0.7~1.3의 중량비로 첨가되는 것이 바람직한데, 상기 비율을 초과하면 후술하는 단계적으로 이루어지는 수지제거 공정에서 한 공정에서 일시에 너무 많은 수지가 제거됨에 따라 도자기의 형상이 변형될 우려가 있다.

이와 같이 조성된 소지혼합물은 스크류 압출 성형기를 이용하여 가열 교반된다. 성형기 내부로 소지분말과 수지를 혼합하여 투입한 후, 180~250℃로 가열하면 수지가 용융된다. 융융된 수지와 소지분말을 스크류의 회전동작에 의해 2~3분 동안 고르게 교반한 후, 스크류의 전진 동작에 의해 압출되면 페이스트 상태의 소지혼합물이 제조된다.

다음으로, 페이스트 상태의 소지혼합물을 건조하여 파쇄하는 단계(S120)로 서, 압출된 소지혼합물은 상온에서 냉각시켜 응고된 소지혼합물을 입상체 또는 칩의 형태로 대략 0.2~0.4㎝ 크기로 파쇄한다.

그리고, 파쇄된 소지혼합물을 사출장치로 투입하여 도자기를 성형한다(S130). 호퍼를 통해 작은 크기로 분쇄된 소지혼합물을 사출장치의 내부로 투입하고, 180~250℃의 온도로 가열하여 소지혼합물에 함유된 수지를 용융시킨 후, 1500~4500(psi)의 압력으로 소지혼합물을 금형 내부로 주입하여 성형이 이루어진다. 사출온도가 180℃보다 낮은 경우에는 소지혼합물의 유동성이 좋지 않아 불균일한 사출성형이 발생하는 문제가 있고, 250℃보다 높은 경우에는 수지의 기화가 발생하는 문제가 있다. 또한, 사출 압력이 1500(psi)보다 낮은 경우에는 소지혼합물이 노즐로부터 원활하게 사출되지 않을 수가 있으며, 4500(psi)보다 높은 경우에는 사출장치에 과부하가 걸리는 문제가 있다.

다음으로, 소지 분말의 상호 결속을 위해 첨가되었던 수지를 제거하는 단계이다. 먼저, 성형된 도자기를 물에 침지하여 폴리에틸렌 글리콜을 제거한다(S140). 폴리에틸렌 글리콜은 수용성 수지로서 성형된 도자기를 20~60℃의 물에 15~24시간 동안 침지시켜 폴리에틸렌 글리콜을 추출하여 제거한다. 그런 다음, 폴리에틸렌 글리콜이 제거된 도자기를 가열로(furnice)에 장입하여 600~700℃로 3~6시간 동안 가열하면, 폴리프로필렌 수지가 도자기 표면을 통해 기화되어 제거된다.

본 발명에서는 사출 성형된 도자기를 물에 침지하여 수용성인 폴리에틸렌 글리콜수지를 제거함으로써 성형된 도자기에 미세한 통로가 형성되고, 이를 다시 가열하게 되면 불용성인 폴리프로필렌 수지가 상기 미세한 통로를 통해 단계적으로 제거됨에 따라 잔존하는 수지를 도자기로부터 효과적으로 제거된다.

다음으로, 수지가 제거된 도자기 표면에 유약을 도포하고 고온에서 소성한다(S150). 유약의 도포는 유약이 담겨진 액조에 도자기를 침지하거나, 스프레이를 이용하여 도자기 표면에 분무하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, 표면에 도포된 유약이 수지가 제거된 미세공간으로 침투하여 소성됨에 따라, 도자기의 표면 처리는 물론, 도자기의 형태가 안정하게 유지될 수 있다. 소성 공정은 1100∼1500℃ 온도에서 12시간∼48시간에 걸쳐 이루어진다. 소성온도가 1100℃ 미만인 경우에는 불완전한 소성으로 인해 도자기의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1500℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 과도한 입자성장을 가져와 도자기의 물성이 저하된다. 소성 과정 중 가열로 내부의 압력은 일정하게 유지하면서, 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기) 또는 환원 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 소지분말 60~75중량%와, 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 수지 25~40중량%를 혼합한 후 180~250℃로 가열 교반하여 페이스트 상태의 소지혼합물을 제조하는 단계;
   페이스트 상태의 소지혼합물을 건조한 후 파쇄하는 단계;
   파쇄된 소지혼합물을 사출장치를 이용하여 가열하여 수지를 용융시킨 후, 금형으로 주입하여 성형하는 단계;
   성형된 도자기를 물에 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 가열로에 장입하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 단계; 및
   수지가 제거된 도자기 표면에 유약을 도포한 후 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 사출 성형을 이용한 도자기 성형방법.
2. 제1항에 있어서,
   전체 수지 중량을 기준으로, 상기 폴리에틸렌 글리콜과 폴리프로필렌 수지는 1:0.7~1.3의 중량비로 첨가되는 것을 특징으로 하는 사출 성형을 이용한 도자기 성형방법.
3. 제2항에 있어서,
   성형된 도자기를 20~60℃의 물에 15~24시간 동안 침지하여 폴리에틸렌 글리콜 수지를 제거한 후, 600~700℃로 3~6시간 동안 가열하여 폴리프로필렌 수지를 제거하는 것을 특징으로 하는 사출 성형을 이용한 도자기 성형방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 사출장치는 소지혼합물을 1500~4500(psi)의 사출 압력으로 가압하는 것을 특징으로 하는 사출 성형을 이용한 도자기 성형방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 도자기.

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