KR20230057267A

KR20230057267A - 도예 잔류 폐기물의 재활용 방법 및 그를 이용한 제품

Info

Publication number: KR20230057267A
Application number: KR1020220131040A
Authority: KR
Inventors: 안용우; 나원호; 김정엽
Original assignee: 안용우; 나원호; 김정엽
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2023-04-28

Abstract

본 발명에서 제안하는 도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 도예품의 제조방법은, 도예 폐 슬러지를 이용한 도예품의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 도예품은, 도예 폐 슬러지를 이용하여 제조한 평균 직경 1 mm 내지 3 mm인 샤모트 15 중량% 내지 45 중량%; 및 나머지 도예용 흙;을 포함하는 혼합 재료를 성형하여 형성한 것이다.

Description

도예 잔류 폐기물의 재활용 방법 및 그를 이용한 제품{RECYCLING METHOD OF CERAMIC ART RESIDUAL WASTE AND PRODUCT USING SAME}

본 발명은 폐기물을 재활용하는 공정 및 그를 활용하여 제조한 제품들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 재료 조성 및 가공 공정에 관한 것으로서, 도예 폐기물을 이용하는 가공 공정 및 그를 활용하는 방안에 대한 것이다.

본 발명의 배경 기술로는 종래 도예 분야에서 이용되는 용융 기술 및 흙 슬러지의 불순물 제거 기술 들이 있다.

일반적으로 도자기는 점토를 주원료로 하여 고령석, 장석, 석영 등을 배합한 것을 성형하여 구워만든 제품이다. 이러한 도자기는 주로, 알칼리, 알칼리토금속류를 포함하는 알루미나-실리카 계열의 조성을 가지며, 토기, 도기, 석기, 사기 등으로 분류된다.

토기는 소성온도가 낮은 것으로서, 다공질 그대로인 토관, 기와등이 이에 속하고, 도기는 토기보다 순수한 원료를 써서 다공질이기는 하나 굳게 구워서 유약을 바른 것으로서, 모체에는 흡수성이 있으나, 표면에는 없는 것으로서, 위생도기, 타일, 하품인 식기류 등이 이에 속한다. 석기는 사기에 가까운 것으로서, 거의 흡습성이 없는 상태까지 구워 유약을 바른 것이며, 사기(자기)는 높은 온도에서 완전히 흡습성이 없는 상태까지 구워 유약을 바른 것으로서, 반투명이고, 타음이 맑아 양식기를 비롯하여 많은 식기류에 사용된다.

일반적인 도기의 제조방법은 점토나 장석, 규석, 도석등의 무기 물질을 단독 또는 선택적으로 혼합 반죽하여 그릇, 병, 등과 같은 형상을 빚은 다음 유약을 선택적으로 입혀서 가마에 넣고 고열로 소성하여 서냉 시키는 작업을 통해 표면이 단단하고 가벼우며 통기성이 있는 제품으로 제조된다.

종래의 내열도자기들은 자기식 생산방식을 이용하여 1차적으로 소성하여 유약을 시유한 후, 좀 더 고온에서 2차적으로 소성하는 생산방식을 이용하는데, 이 때 일부 영역의 질감을 달리 하거나 미려한 밝은 색(예, 적, 홍, 핑크, 노랑 등)을 구현하는 과정에서 외면에 균열이 발생되는 등의 문제가 발생하는 경우가 많았다.

또한, 최근 ESG를 비롯한 친환경 산업 기준이 도예를 비롯한 공예 산업에도 요구되고 있는 바, 다양한 시제품과 폐기물들이 발생하는 도예 산업에서도 잘 썩지 않는 폐 도예 제품들과 버려지는 원료를 재활용할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이었다. 이와 관련하여 다양한 선행 연구들이 있었으나, 폐 슬러지나 폐 도예품을 이용한 2차 재활용품들은 그 품질이 열위하여 벽돌이나 건축 자재 등으로 이용하곤 하였으나, 도예 산업에 다시 적용하려는 시도는 많지 않았다. 때문에, 이를 타 산업으로 이용하기 보다는 도예 산업 내부에서 이용할 수 있는 상업적인 가치가 부여될 수 있는 상용화 가능한 기술에 대한 개발 필요성이 계속적으로 부각되고 있었다.

본 발명의 목적은, 도자기 생산 시설의 수도시설에서 필연적으로 발생하는 흙 슬러지(침전물)을 재활용하여 안정적인 재료로 조성하고, 이를 사용하여 높은 에너지 효율로 대량 생산이 가능하면서도 미적으로 우수한 제품을 개발하여, 도예 산업 폐기물을 저감함과 산업의 활성화를 도모하고, 동시에 미려한 도예 제품을 제조하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 도예품의 제조방법은, 도예 폐 슬러지를 이용한 도예품의 제조방법에 있어서, 상기 도예품은, 도예 폐 슬러지를 이용하여 제조한 평균 직경 1 mm 내지 3 mm인 샤모트 15 중량% 내지 45 중량%; 및 나머지 도예용 흙;을 포함하는 혼합 재료를 성형하여 형성한 것이다.

일 실시예에 따르면, 상기 샤모트는, 도예 폐 슬러지를 수급하는 단계; 상기 도예 폐 슬러지에 해교제를 첨가하고 불순물을 제거하는 단계; 상기 불순물이 제거된 도예 폐 슬러지에 알루미나계 첨가제를 혼합하는 단계; 및 상기 도예 폐 슬러지와 알루미나계 첨가제의 혼합물을 850 ℃ 내지 1100 ℃ 온도에서 하소하고 분쇄하는 단계;를 포함하는 방식에 의해 제조된 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 혼합 재료는, 도예 폐 슬러지를 이용하여 정제하여 생성한 슬립을 1 중량% 이상 15 중량% 이하로 더 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 혼합 재료는, 상기 샤모트와 상기 슬립의 총 중량합이 50 중량% 이하인 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 혼합 재료는, 폐 도자기 분쇄물을 15 중량% 이상 50 중량% 이하로 더 포함하는 것이고, 상기 폐 도자기 분쇄물은, 공장, 도예 교육기관, 공방, 도예품 판매점 및 일반 가정으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상에서 폐도자기를 수거 후 폐 도자기를 분류하는 단계; 디자인 목적에 따라 상기 분류된 폐 도자기 중 적절한 폐 도자기를 선택한 후 입도 크기를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 입도 크기에 맞추어 상기 선택된 폐 도자기를 파쇄하고 정제하는 단계;를 포함하여 형성된 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 폐 도자기를 분류하는 단계는, 도예 교육기관 및 공방 중 하나 이상으로부터 폐도자기를 수거하는 것이고, 유약의 유무 여부와 소지 색상에 따라 상기 폐 도자기를 분류하는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 혼합 재료는, 상기 샤모트 및 폐 도자기 분쇄물의 중량 합이 40 중량% 이하인 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 폐 도자기 분쇄물의 평균 직경이 4 mm 이상일 경우, 상기 혼합 재료의 30 중량% 이하로 포함되는 것이고, 상기 폐 도자기 분쇄물의 평균 직경이 0.5 mm 이상 4 mm 미만일 경우, 상기 혼합 재료의 35 중량% 이하로 포함되는 것이고, 상기 폐 도자기 분쇄물의 평균 직경이 0.5 mm 미만일 경우, 상기 혼합재료의 40 중량% 이하로 포함되는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 알루미나계 첨가제는, 고령토, 점토, 납석 및 도석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 함수 규산알루미늄 원료와 장석 및 유리 성분을 포함하고, 상기 유리 성분은, 알루미나 붕규산염계 폐유리를 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 알루미나계 첨가제는, 연마제 폐기물, 고로 슬래그로부터 수급된 산화 알루미늄, 산화 지르코늄, 규산 지르코늄 중 하나 이상의 고융점 화합물을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서 제안하는 도예 산업 폐기물을 재활용하여 제조한 미감이 우수한 도예 제품은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제조방법을 이용하여 제조된 것이고, 폐 슬러지를 이용하여 제조한 샤모트, 슬립 및 폐 도자기 분쇄물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 포함되어, 일부 영역의 외형적인 질감, 색채 또는 무늬 중 하나 이상이 외적으로 드러나도록 표현되는 효과를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에서 제안하는 제조방법에 따르면, 도예 산업의 폐기물을 도예 산업 내부로 다시 가져와서 미려한 효과를 가지는 완성품의 재료로 이용함으로써, 도예 산업 내부적으로 폐기물을 재활용할 수 있어 친환경적이면서도 품질과 생산성이 높은 도예품의 제조방법이 제공된다.

본 발명에서 제안하는 제조방법을 이용하여 도예품을 제조할 경우, 재활용되는 재료들임에도 불구하고 균질한 외형과 독특한 미감의 구현이 가능함과 동시에, 표면에서 균열을 발생시키지 않거나 강도를 높이는 등의 효과의 구현이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 도예품의 생산 공정에서 원가를 절감하게 되는 등으로 산업의 효율성을 제고함과 동시에 제작 소요 기간이나 노동력 단축시킬 수 있음으로써, 도예 산업의 활성화를 촉진할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제조방법을 도식화한 것으로서, 흙 침전물을 이용하여 도예품으로 재활용 가능하도록 수행하는 각 단계 공정에 대하여 설명하고 있는 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예서 제안하는 도자기 생산 시설의 하수도에서 수거한 흙 슬러지를 정제 및 가공하여 재생 점토로 환원된 상태를 나타내는 이미지이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라서 폐 슬러지를 수거하여 일련의 공정에 따라 처리한 재료로 만들어낸 새로운 재활용 도예 물품 이미지이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 제조방법과 그와 비교하기 위한 비교예들에 따라서, 도예품을 제조하고 그 품질을 확인해 본 결과를 나타내는 이미지이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 슬러지를 재활용하여 슬립을 제조하고 그 품질과 활용 방안을 시험하는 과정을 나타낸 실시예 이미지이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 슬러지를 재활용하여 샤모트를 제조하고 그 품질과 활용 방안을 시험하는 과정을 나타낸 실시예 이미지이다.
도 6 및 도 7은, 대학교, 공방 등 다양한 생산 시설에서 1차로 수거한 폐도자기를 이용하여 입도별로 분쇄한 후 소성을 함으로써 시편 및 도예품을 제작한 실시예 이미지이며, 이 이미지들을 통하여 입도 및 배합비에 따라 질감 효과가 다른 부분을 확인할 수 있다.
도 6의 좌측 두 열의 이미지는 백자 베이스로 시편을 제작한 실시예이며, 우측 두 열의 이미지는 옹기토 베이스로 시편을 제작한 실시예 사진이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 중 하나인 MS25 시편을 이용하여 제작해 본 플랜트 보울이며, 이를 통하여 본 발명의 실시예에서 제안하는 방식에 따른 안정적인 경도를 가진 제품화가 가능하고 실제 균일하게 재료들이 혼합되어 희망하는 정도에 따른 미감의 구현이 가능함을 확인하였다.

본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제조방법을 도식화한 것으로서, 흙 침전물을 이용하여 도예품으로 재활용 가능하도록 수행하는 각 단계 공정에 대하여 설명하고 있는 모식도이다.

이하에서는 도 1을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 도예품의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서, 상기 샤모트란 점토를 고온으로 구운 뒤 분쇄한 가루를 의미한다. 상기 평균 직경의 크기 한정은 샤모트와 도예용 흙의 균질한 배합 및 의미있는 미적 효과의 부여를 위한 것이다. 평균 직경이 지나치게 작으면 미적 효과가 구현되지 않으며, 지나치게 큰 경우 도예용 흙과 균질하게 배합되지 않아 전체적으로 안정적인 도예품의 구조 유지가 어려워진다.

상기 샤모트의 중량 한정은, 도예품의 미감 및 제조과정의 가소성 측면에서 중요한 요인일 수 있다. 15 중량% 미만일 경우 시각적인 효과가 미미해져 산청토 등에 기본으로 섞여 있는 구성성분들과 구분하기 어려워지며 독창적인 질감 표현이 쉽지 않고 장식적인 효과를 구현하기 어려워지는 문제가 있다. 45 중량% 초과의 경우에는 가소성이 저하되어 모양을 잡는 과정에서 흙이 잘 뭉쳐지지 않거나 깨지 듯 갈라지는 경우가 발생하여 원하는 디자인의 생산이 어려워지고 작업성이 크게 저하되어 생산 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 45 중량%를 초과할 경우 재벌소성 이후, 표면에서 부분적으로 돌출되는 샤모트가 다수 발생함을 확인하였다. 표면의 돌출되는 샤모트는 경우에 따라, 날카로운 점(point) 돌출 형태를 야기하여 작업 과정에서뿐 아니라 사용 상에서 위험을 초래할 수 있다. 또한, 돌출된 부분을 제거하기 위한 연마 공정 등이 추가로 필요하게 되어 작업 공정이 증가하고 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 문제의 발생을 줄이기 위한 측면에서, 바람직하게는 상기 중량은 40 중량% 미만인 것이 좋을 수 있다.

상기 불순물을 제거하는 단계는 일정한 메쉬 구조를 가지는 망을 이용한 거름 작업을 포함하는 것일 수 있다.

상기 알루미나계 첨가제는, 과용융 방지를 위하여 투입하는 성분으로서 본 발명에서는 도예 제조과정에서 이용할 수 있다고 알려진 알루미나계 첨가제라면 그 종류를 특별하게 한정하지 아니한다.

상기 하소하고 분쇄하는 단계 이후, 물, 해교제 및 알루미나계 물질을 더 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 혼합 재료는, 도예 폐 슬러지를 이용하여 정제하여 생성한 슬립을 1 중량% 이상 10 중량% 이하로 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에서, 상기 슬립은 점토를 물에 풀어 침전물이 없게 한 흙물을 의미한다. 상기 샤모트 혼합 도예 재료에, 슬립을 적정 비율로 추가 혼합할 경우 성형성이 증가하고 샤모트와 도예용 흙 간의 균질한 혼합이 형성될 수 있다.

상기 슬립은, 슬립 전체 중량 대비 폐 슬러지를 15 중량% 이하로 포함하는 것일 수 있다. 15 중량%를 초과하여 슬립에 폐 슬러지가 포함될 경우, 작업성이 하락되는 문제가 생길 수 있다.

실제 실험 결과, 15 중량%를 초과하여 슬립에 폐 슬러지가 포함될 경우, 혼합 재료를 안정화하는데 시간과 비용이 대단히 증가하게 되어, 제품의 제작 시 상용성이 떨어지는 문제가 발생하였다.

더욱 바람직하게는 상기 슬립은 폐 슬러지를 7 중량% 이하로 포함하는 것일 수 있다. 7 중량% 이하로 폐 슬러지가 포함될 경우, 작업 용이성이 더욱 우수해지고 발색의 예측이 가능해지며, 소성안정성 부분에서 더욱 안정한 특징이 구현될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 혼합 재료는, 상기 샤모트와 상기 슬립의 총 중량합이 50 중량% 이하인 것일 수 있다. 50 중량%를 초과하게 될 경우, 도예용 흙 부분과 균질하게 혼합되지 않거나 성형성 부분에서 문제가 발생할 수 있다.

샤모트 과투입의 경우 또는 슬립 과투입의 경우 모두 건조불량을 야기할 수 있으며, 샤모트와 슬립의 비율을 늘려감에 따라 유동성 확보 및 점도 조절을 위한 해교제 및 물의 양이 함께 증가할 필요가 있기 때문에 이 두 성분의 중량합을 적절한 수준으로 제어할 필요가 있다.

50 중량%를 초과하게 되면 이로 인하여 건조가 불완전해지는 현상이 발생하였고, 건조가 완성된 후에도 완전한 고형화가 이루어지지 않고 겔 상태로 유지되는 문제가 생김을 확인하였다.

또한, 과용융 방지를 위하여 첨가한 알루미나계 성분에도 불구하고 재벌시 과용융되는 문제가 발생하는 부분을 확인하였으며, 슬러지 상태일 때 겉보기 발색이 약한 안료가 재벌 후에 예상치 못하게 강한 발색을 보이는 경우가 발생할 수 있다.

또한, 상기 샤모트와 상기 슬립의 혼합 시 샤모트가 100 ㎛ 내지 200 ㎛ 이하의 미세 입도로 분쇄된 경우에 한해서는, 상기 혼합재료 내 슬립의 안정화에 기여할 수도 있음을 확인하였다.

그러나 15 중량% 미만으로 포함될 경우, 산청토 등에 포함된 성분과 유사하게 표현되어 구현하고자 하는 시각적 효과가 미미해지는데 반해 작업의 어려움만 증가하여 혼합의 의미가 없어지는 문제가 생길 수 있다. 50 중량% 초과로 첨가될 경우, 가소성이 저하되는데 샤모트에 비해서 입자 크기가 상대적으로 더욱 큰 관계로 더 빠르게 가소성이 저하되는 특성이 나타날 수 있다. 또한 분쇄물의 입도 크기에 따라 재벌 소성 이후 표면 돌출부 형성의 가능성이 높아지는 문제가 생길 수 있다.

상기 폐 도자기 분쇄물은 얇은 두께로 제작되는 경우 40 중량% 이하로 포함되는 것이 바람직할 수 있고, 필요에 따라 30 중량% 이하로 포함되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.

상기 폐 도자기 분쇄물에서는 유리질(유약층)이 아닌 소지의 색상을 가지는 폐 도자기 분쇄물이 전체 폐 도자기 분쇄물의 70 중량% 이상을 차지하는 것일 수 있다. 이는 예측 가능한 디자인의 도예품을 생산하기 위한 것이다.

상대적으로 낮은, 900 ℃ 전후에서 소성되는 샤모트와는 달리 1200 ℃ 초과의 온도에서 소성된 자기(porcelain)도 분쇄되어 포함될 수 있는 폐도자기는 샤모트와 물성 측면에서 동일하지는 않으나, 재벌 소성 시 일반 점토에 비해 수축율이 상대적으로 적거나 미미하다는 공통점을 지녀 샤모트와 혼합이 가능할 수 있다. 자기의 경우 그 이하의 온도에서 소성된 토기, 석기, 도기 등에 비하여 표면경도나 굽힘강도 등 물리적 특성이 더욱 강한 물성을 나타낸다. 따라서 재벌 소성 후 표면에 자기의 폐도자기 분쇄물이 돌출될 경우 취급상의 위험요소가 될 가능성이 높다.

폐 도자기를 분류하는 단계는, 이후 작업 과정에서 예상치 못한 디자인의 기품의 발생을 줄이기 위하여 중요한 것일 수 있다.

유약이 입혀진 도자기의 경우 유리질 성분이 많아 고온 환경에서 용융할 가능성이 높기 때문에 별도로 분류할 필요가 있다. 또한, 고온으로 굽는 도자기에 사용되는 안료의 경우, 상온에서의 색상이 재벌소성 이후의 색상과 다른 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 안료 자체의 소성 전후의 차이 외에도 안료가 배합되는 점토, 유약의 구성성분과의 반응으로 인하여 예상치 못하게 발색이 강해지거나 약해질 수 있는데, 본 발명에서는 이러한 예상치 못한 반응을 최소화하기 위하여 상술한 선별 작업 그리고 각 재료의 배합 비율 한정이 중요할 수 있다. 이 때, 상술한 슬러지 첨가량이 혼합재료에서 일정 수준을 넘어 증가하게 되면, 소성 전의 겉보기 발색이 약했던 안료가 많이 배합되었다가 재벌 과정에서 예상치 못한 기물이 태어날 가능성이 높아질 수 있다. 이뿐 아니라, 동일한 이유로 유약의 투명도와 색상에 따라서도 원하는 미감의 구현을 위하여 도자기를 사전에 선별할 필요가 있다.

교육기관 및 공방의 폐 도자기 수거 시, 유약의 유무 여부 및 소지 색상에 따른 분류가 대단히 중요한 문제일 수 있다. 생산라인에서 비교적 예측 가능한 파품이 나오는 공장 등과는 달리, 교육기관 및 공방에서 폐 도자기를 수거하는 경우 구성원의 작업에 따라 파품의 종류가 다양해질 수 있기 때문에 예측 가능한 디자인을 구현하기 위하여 사전 분류작업이 필수적으로 수반되어야 한다.

샤모트와 폐 도자기 분쇄물의 경우 입도 크기가 상대적으로 큰 소재들이기 때문에 적절히 포함될 경우 미적인 디자인의 구현에 큰 장점이 되지만, 너무 많이 포함될 경우 도예품의 안정성을 훼손하고 균열을 발생하게 하는 원인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 반복적인 실험 끝에 상기 샤모트 및 폐 도자기 분쇄물의 중량 합이 40 중량%를 초과할 경우 상술한 문제가 발생하여 상용화가 어렵다는 결론을 내리고 이와 같은 수치범위를 도출하였다.

본 발명에서 제안하는 제조방법에 따르면, 샤모트, 슬립 및 폐 도자기 분쇄물의 중량 비율의 한정과 그 배합이 중요한 요소일 수 있다. 도예품을 디자인하는 과정에서 희망하는 장식 효과는 각각의 재활용 재료의 배합 비율에 따라 현저하게 상이하게 구현될 수 있다.

일 예로서, 두께가 얇은 벽을 지니는 결과물을 희망하는 경우, 입도가 상대적으로 작은 도자기 분쇄물이 안정적인 소성과정을 거칠 수 있다. 큰 입도의 분쇄물을 얇은 벽을 가지는 도자기에 적용할 경우, 일반 점토 내 불균일 분포와 상이한 수축율로 인하여 벽이 소성과정 중 무너질 가능성이 증가할 수 있다. 따라서, 폐 도자기 분쇄물의 입도 크기를 작게 조정하거나 배합 비율을 줄이는 것이 중요할 수 있다.

상대적으로 두꺼운 벽을 지니는 결과물을 원하는 경우, 입도 크기의 선택은 보다 자유로울 수 있으며, 폐도자기 분쇄물의 혼합 비율이 더욱 증가할 수 있다. 이 때 위에서 제안한 상한 조건 내에서 다양한 배합 비율을 조합하여 도예품의 혼합재료를 구성할 수 있다.

디자이너는 원하는 시각적 장식 효과에 맞추어 폐 도자기의 색을 선별하고 흙에 배합하여 작업하면 된다. 이 때, 폐 도자기 분쇄물 중 유약이 포함된 소재의 비율이 지나치게 높은 경우에는 소성과정 중 용융되어 효과가 옅어지거나 점토와 반응하여 소성 전의 겉보기 색상과 달라지는 경우가 흔히 발생할 수 있다. 따라서, 결과물에 반영될 수 있는 장식적 효과의 색상은 폐 도자기 분쇄물 중 유리질이 아닌 소지의 색상을 기준으로 하여 배합비율을 조정함이 바람직할 수 있다.

폐 도자기 분쇄물은 미적인 표현 의도에 따라 직경이 큰 분쇄물을 혼입할 수도, 직경이 작은 분쇄물을 혼입할 수도 있다. 이 때, 직경에 따라 혼합 재료에 혼합되는 비율을 조정하는 것이 안정적인 가소성을 확보하는 측면에서 중요한 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 알루미나계 첨가제는, 고령토, 점토, 납석 및 도석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 함수 규산알루미늄 원료, 장석 및 유리 성분을 포함하고, 상기 유리 성분은, 알루미나 붕규산염계 폐유리를 포함하는 것일 수 있다.

일 예로서, 자기질 도자기 제조에는 천연원료로서 고령토, 점토, 납석 및 도석과 같은 함수 규산알루미늄 원료 및 장석을 포함할 수 있다. 상기 재료들은 가소성을 높임과 동시에 건조강도를 확보하게 하고, 1000 ℃ 이상의 고온에서 열변화를 일으켜 뮬라이트 결정으로 전이함으로써 도자기의 물리적 성질, 기계적 강도를 증가하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 장석은 혼합알칼리 성분으로 구성되어 있으며, 고온에서 액상의 유리로 변하여 점성유동에 의하여 다른 원료의 입자와 입자 간의 결합에 관여하여 혼합 재료의 균질화를 도우며 소성과정에서 점토 등을 융해하는 융제 작용을 수행하는 것일 수 있다.

일 예로서, 상기 폐유리는 디스플레이 산업에서 폐 패널 등에서 발생하는 원료를 파쇄하여 이용하는 것일 수 있다. 도자기 성분에도 유리 성분들이 포함되기 때문에, 타 산업에서부터 폐유리를 도입하여 혼입하는 방식으로 본 발명에서 이용할 수 있다. 특히 상기 알루미나 붕규산염계 폐유리는 디스플레이 산업 등에서 대량으로 폐기되어 그 처리가 문제되고 있는 소재로서, 위생도기, 애자, 식기 등의 도자기를 제조하기 위한 배합조성물에 포함될 때 더욱 효과적일 수 있다.

또한, 상기 알루미나계 첨가제는 유리 용융 매트릭스 중 용융화되지 않고 결정질을 유지할 수 있는 화성 원료를 추가로 포함할 수 있다.

이 때, 상기 화성 원료로서, 또 다른 산업군의 폐기물 중 하나로서 연마제 폐기물, 고로 슬래그 등 산업 폐기물에 포함되어 있는 고융점 화합물을 수급하여 포함하도록 혼입할 수 있다. 상기 화성 원료들은 점토질 원료나 도자기 재료 등이 융점이 높은 유리질 성분으로 둘러쌓일 수 있게 하는 역할을 수행한다. 이를 통하여 열안정성이 우수하여 소성 과정에서 고강도를 부여할 수 있는 혼합 재료의 확보가 가능해질 수 있다.

<실시예>

이하에서는 도 2 내지 도 7을 참고하여, 본 발명에서 제안하는 제조방법에 따른 실시예와, 그를 이용하여 시험한 도예품의 최적의 제조방법을 찾는 과정에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예서 제안하는 도자기 생산 시설의 하수도에서 수거한 흙 슬러지를 정제 및 가공하여 재생 점토로 환원된 상태를 나타내는 이미지이다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라서 폐 슬러지를 수거하여 일련의 공정에 따라 처리한 재료로 만들어낸 새로운 재활용 도예 물품 이미지이다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 제조방법과 그와 비교하기 위한 비교예들에 따라서, 도예품을 제조하고 그 품질을 확인해 본 결과를 나타내는 이미지이다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 슬러지를 재활용하여 슬립을 제조하고 그 품질과 활용 방안을 시험하는 과정을 나타낸 실시예 이미지이다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 슬러지를 재활용하여 샤모트를 제조하고 그 품질과 활용 방안을 시험하는 과정을 나타낸 실시예 이미지이다.

도 6 및 도 7은, 대학교, 공방 등 다양한 생산 시설에서 1차로 수거한 폐도자기를 이용하여 입도별로 분쇄한 후 소성을 함으로써 시편 및 도예품을 제작한 실시예 이미지이며, 이 이미지들을 통하여 입도 및 배합비에 따라 질감 효과가 다른 부분을 확인할 수 있다.

도 6의 좌측 두 열의 이미지는 백자 베이스로 시편을 제작한 실시예이며, 우측 두 열의 이미지는 옹기토 베이스로 시편을 제작한 실시예 사진이다. 도 7은, 본 발명의 실시예 중 하나인 MS25 시편을 이용하여 제작해 본 플랜트 보울이며, 이를 통하여 본 발명의 실시예에서 제안하는 방식에 따른 안정적인 경도를 가진 제품화가 가능하고 실제 균일하게 재료들이 혼합되어 희망하는 정도에 따른 미감의 구현이 가능함을 확인하였다.

이하에서는 본 발명의 제조방법을 도출해 내기 위하여 본 발명자들이 수행한 과정에 대하여 설명한다.

1) 재료 개발 공정

- 흙 슬러지 수급: 도예교육기관 및 공방 등의 도자기 생산 시설에서 발생하는 흙 슬러지를 정기적으로 수급하였다.

- 불순물 제거: 작업편의성으로 위해 해교제를 첨가하여 흙 슬러지의 유동성을 확보한 후, 100mesh 체에 걸러 불순물(e.g.석고가루, 돌가루, 나무조각, 기타 생활 찌꺼기)을 제거하고 입도를 균질화하였다.

- 점토의 소성 안정성 확보: 흙 슬러지의 주요 구성 성분 중 하나인 유약 성분의 함량이 높을 경우 가마소성 중 소결단계에서 용융이 더 활발히 일어나게 된다. 해당 상태의 흙 슬러지를 배합한 점토는 소성 중 과융용 현상으로 목표한 외형을 유지 못한 채 무너질 수 있어 소성 안정성이 떨어진다. 이 때 점토 내 유약 성분의 용융력을 약화시키기 위해 알루미나(Al2O3)계 물질을 흙 슬러지의 건조중량 대비 10% 가량 배합하여 안정성을 높였다.

- 샤모트 생성을 위한 950도 내외의 온도에서 하소: 흙 슬러지를 가마에서 950도 정도의 온도로 소성하여 하소하였다. 하소과정을 통해 재료의 안정성을 저해하는 미량의 유기물 및 잔여 불순물과 수분을 제거하여 점토에 배합하기 용이한 상태로 만들었다.

- 슬러지 재활용 슬립 제작: 샤모트 생성과 별도로 950도 내외의 온도에서 하소하지 않은 흙 슬러지를 기존 도자기 슬립에 배합하였다. 슬러지의 상태에 맞춰 물, 해교제 및 알루미나(Al2O3) 계 물질을 추가 투입하여 도자기 슬립의 유동성과 용융력을 조절하였다.

- 흙 슬러지 분쇄 및 입도 선별: 하소된 흙 슬러지를 분쇄한 후 규격화된 mesh 체로 걸러 다양한 입도의 균질한 샤모트를 만들 수 있었다.

2) 제품 개발 공정

- 3D프린팅을 활용한 석고몰드 제작: 석고 덩어리에서 목표한 석고원형을 깎아내고, 해당 석고원형을 기반으로 3마더 몰드를 제작해야 하는 기존 석고몰드 제작방식과 달리, 석고원형 없이 3D 프린팅된 외형으로 바로 마더 몰드를 제작하거나 필요에 따라 마더 몰드도 생략하여 바로 제품 몰드를 생산하였다. 이는 석고 사용량 및 투입공정을 최소화할 수 있어 서 기존 석고몰드 제작 방식 대비 친환경적, 경제적 이점을 취할 수 있는 장점이 있었다.

- 다양한 형태로 조립가능한 모듈형 몰드 디자인: 기초 직면, 곡면 단위로 최종 제품의 형태를 분할하고 각각의 분할면에 대응하는 석고 몰드를 조립용 경첩과 함께 제작하여 모듈 방식 몰드를 구성하였다. 이 때 최초 형태를 기반으로 면 단위 몰드를 추가하거나 소거하며 다양한 형태와 크기로 변주가 가능할 수 있었다. 이는, 개별 제품당 몰드를 일일이 만들 필요가 없어 경제적이며 빠른 제품실험 및 개발에 용이한 효과를 기대할 수 있는 측면을 확인하였다.

- 에어릴리즈 몰드의 이용: 에어컴프레셔와 연결할 수 있는 투습성 관을 제품 몰드 제작 중인 석고 안에 삽입하여 도예품을 제작하였다. 석고에 삽입된 투습성 관에 공압을 주입하면 석고 내부의 미세기공을 통해 수분과 공기가 외형으로 밀려나오며 몰드와 최종 제품을 분리시킬 수 있다. 이는 석고와 최종제품이 건조되어 자연분리될 때까지 기다리던 전통적 방식에 비해 단기간에 탈형과정을 마칠 수 있는 장점이 있다.

- 유압프레스: 석고몰드를 유압프레스에 장착하여 압형방식으로 도예품을 생산하였다. 인력에 비해 더 강한 힘으로 몰드를 누르며 흙 입자의 치밀성을 높여 건조과정 중의 뒤틀림을 방지하고 더 많은 수의 제품을 더 짧은 시간에 생산할 수 있어 효율이 증대될 수 있다.

3) 다양한 혼합재료의 배합 시편 제작(실시예)

슬러지를 재활용하여 제작한 제1 실시예 및 제2 실시예의 시편 시험 결과는 아래의 표와 같다.

- 제1 실시예

- 제2 실시예

샤모트를 제조하여 혼합한 혼합재료를 만들어 시험한 제3 실시예의 시편 시험 결과는 아래의 표와 같다.

- 제3 실시예

폐도자기 분쇄물을 제조하여 혼합한 혼합재료를 만들어 시험한 제4 실시예의 시편 시험 결과는 아래의 표와 같다.

-제4 실시예

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 다양하게 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 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

도예 폐 슬러지를 이용한 도예품의 제조방법에 있어서,
상기 도예품은, 도예 폐 슬러지를 이용하여 제조한 평균 직경 1 mm 내지 3 mm인 샤모트 15 중량% 내지 45 중량%; 및 나머지 도예용 흙;을 포함하는 혼합 재료를 성형하여 형성한 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 샤모트는,
도예 폐 슬러지를 수급하는 단계;
상기 도예 폐 슬러지에 해교제를 첨가하고 불순물을 제거하는 단계;
상기 불순물이 제거된 도예 폐 슬러지에 알루미나계 첨가제를 혼합하는 단계; 및
상기 도예 폐 슬러지와 알루미나계 첨가제의 혼합물을 850 ℃ 내지 1100 ℃ 온도에서 하소하고 분쇄하는 단계;를 포함하는 방식에 의해 제조된 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 혼합 재료는, 도예 폐 슬러지를 이용하여 정제하여 생성한 슬립을 1 중량% 이상 10 중량% 이하로 더 포함하는 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 혼합 재료는, 상기 샤모트와 상기 슬립의 총 중량합이 50 중량% 이하인 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 혼합 재료는, 폐 도자기 분쇄물을 15 중량% 이상 50 중량% 이하로 더 포함하는 것이고,
상기 폐 도자기 분쇄물은,
공장, 도예 교육기관, 공방, 도예품 판매점 및 일반 가정으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상에서 폐도자기를 수거 후 폐 도자기를 분류하는 단계;
디자인 목적에 따라 상기 분류된 폐 도자기 중 적절한 폐 도자기를 선택한 후 입도 크기를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 입도 크기에 맞추어 상기 선택된 폐 도자기를 파쇄하고 정제하는 단계;를 포함하여 형성된 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 폐 도자기를 분류하는 단계는, 도예 교육기관 및 공방 중 하나 이상으로부터 폐도자기를 수거하는 것이고,
유약의 유무 여부와 소지 색상에 따라 상기 폐 도자기를 분류하는 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 혼합 재료는, 상기 샤모트 및 폐 도자기 분쇄물의 중량 합이 40 중량% 이하인 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 폐 도자기 분쇄물의 평균 직경이 4 mm 이상일 경우, 상기 혼합 재료의 30 중량% 이하로 포함되는 것이고,
상기 폐 도자기 분쇄물의 평균 직경이 0.5 mm 이상 4 mm 미만일 경우, 상기 혼합 재료의 35 중량% 이하로 포함되는 것이고,
상기 폐 도자기 분쇄물의 평균 직경이 0.5 mm 미만일 경우, 상기 혼합재료의 40 중량% 이하로 포함되는 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 알루미나계 첨가제는, 고령토, 점토, 납석 및 도석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 함수 규산알루미늄 원료와 장석 및 유리 성분을 포함하고,
상기 유리 성분은, 알루미나 붕규산염계 폐유리를 포함하는 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 알루미나계 첨가제는,
연마제 폐기물, 고로 슬래그로부터 수급된 산화 알루미늄, 산화 지르코늄, 규산 지르코늄 중 하나 이상의 고융점 화합물을 포함하는 것인,
도예 산업 폐기물을 이용한 미감이 우수한 제품의 제조방법.
제1항의 제조방법을 이용하여 제조된 것이고,
폐 슬러지를 이용하여 제조한 샤모트, 슬립 및 폐 도자기 분쇄물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 포함되어, 일부 영역의 외형적인 질감, 색채 또는 무늬 중 하나 이상이 외적으로 드러나도록 표현되는 효과를 제공하는,
도예 산업 폐기물을 재활용하여 제조한 미감이 우수한 제품.