KR900003137B1 - 농 유백유리 조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

농 유백유리 조성물

본 발명은 유백색이 짙고 내열성이 큰 농 유백유리 조성물에 관한 것이다. 유백유리는 비정질인 기초유리에 결정을 석출시키던가 이질적인 유리를 형성시켜서 굴절율 반사율과 같은 광학적 성질을 달리하는 이상(異相)불균일체를 만들어 빛을 산란시키므로써 불투명한 유백색을 나타내게 한 것이다.

결정체나 이질유리를 형성하는 소위 유백제로는 플루오로 화합물인 형석(CaF₂), 빙정석(Na₃AlF₆), 규불화소다(Na₂SiF₆), 산화물인 산화주석(SnO₂), 산화지르코늄(ZrO₂), 산화티타늄(TiO₂), 인산염인 인산칼슘(Ca₃(PO₄)₂), 인산소다(Na₃PO₄) 및 골회(骨灰) 등을 들 수 있다.

이들중, 산화물인 산화주석, 산화지르코늄, 및 산화티타늄등은 높은 온도에서 용융하는 유리에 사용하면 용해도가 증대하고 용해속도가 빨라져서 산화물의 대부분이 유리의 구조속으로 용해해 들어가 균질상을 이루게 되어 유백화의 효과가 현저하게 저하돼서 유백제의 역할을 못하게 된다. 따라서 이들 산화물은 도자기나 법랑의 유약과 같이 비교적 낮은 온도에서 용해하여 사용하는 경우에만 유백제로서 이용이 가능하고, 유리용 유백제로는 부적합하다.

인산염인 인산칼슘, 인산소다 및 골회 등을 유백제로 사용했을 경우에는 플루오로 화합물이나 산화물의 경우와는 달라서 결정이 석출해서 유백화가 되는 것이 아니고, 비정질인 유리를 형성해서 기초유리와는 이질적인 인산염계의 유리로 되어 굴절율 반사율과 같은 광학적 성질을 달리해서 빛의 산란을 일으켜 유백색을 나타나게 되는 것이다. 따라서 설백의 감을 주는 유백색을 나타내지 못하고, 투광성인 유백색을 나타내어 농 유백유리로 만들기가 어렵다.

따라서 농 유백유리를 제조하기 위해서는 플루오로화합물인 형석, 빙정석, 또는 규불화 소다등과 같은 유백제를 사용하는 것이 적합하다. 이들을 유백제로 사용하면, 기초유리속에 CaF₂, NaF, AlF₃, 또는 SiO₂와 같은 결정체가 석출하여 비정질상과 결정상이 공존하게 되어서 불균일상을 이루어 이들 사이에 광학적 성질의 차이가 생겨 유백색을 띄게 된다.

유백유리의 제조공정에서 결정체가 석출하여 유백화가 일어나는 시기는 성형을 하기 위하여 냉각하는 때이다. 석출되는 결정입자의 크기나 개수는 그때의 온도, 냉각속도, 유리의 점도 등에 따라 크게 달라진다. 이때에 석출되는 결정입자의 크기가 조대해지고 개수가 적어지면 유백도가 떨어져 알라바스터(Alabaster)로 되고, 입자가 미세하고 개수가 많아지면 유백도가 높아져 오팔(Opal)로 된다. 유백유리에서 결정입자의 크기는 0.4-1.3μm정도이고, 입자의 개수는 1CM³당 10¹⁰-10¹⁴개나 된다.

플루오로 화합물을 유백제로 하는 농 유백유리의 실제제조에 있어서 용융, 청징, 냉각온도 및 속도, 플루오로화합물의 첨가량, 유리의 점도등과 같은 여러가지 조건들을 적절하게 조절하지 않으면 짙은 유백색을 나타내는 유리를 얻기가 어려워지고 유백색이 엷은 알라바스터나 투명 내지 반투명인 유리를 얻는데에 머물기가 쉽다. 유리의 실제 제조공정에서 용융, 청징, 냉각온도 및 속도등은 쉽게 변용시킬 수 없는 조건이어서 거의 정해진 상태로 작업을 하게 된다. 따라서 짙은 유백색의 유리를 제조하기 위해서 조절이 가능한 조건은, 플루오로 화합물의 첨가량과, 결정석출시의 점도 조절로 한정된다.

유백유리에 함유되어 있는 플루오로의 양은 보통 2.5-4%정도이나, 유리는 용융온도가 매우 높기 때문에 용융하는 동안 상당량의 플루오로가 휘산하게 되므로 짙은 유백색의 유리를 제조하기 위해서는 이보다도 훨씬 많은 과잉의 플루오로 화합물을 원료 조합물에 넣어주어야 한다. 이 플루오로 화합물은 유백제로서의 역할을 할 뿐만 아니라, 또 한편으로는 유리의 용융을 크게 촉진하는 강한 용제작용을 하므로, 유리의 용융을 크게 도와주는 유용한 작용을 한다. 그러나 동시에 내화물을 심하게 침식하는 유해한 작용도 한다. 따라서 농 유백유리를 제조할 목적으로 과잉의 플루오로화합물을 사용하면 내화물의 침식이 심하게 일어나 그 수명이 극도로 단축되기 때문에 유백제의 첨가양에는 한도가 있게 되고, 따라서 짙은 유백유리를 생산하는데는 많은 어려움이 뒤따르게 된다.

유리에서 짙은 유백색 만을 나타내게 하려면, 기초유리로 Na₂O-Cao-SiO₂계 조성을 택하는 것이 유리하다. 원래 유백유리는 불균질상이기 때문에 이상간의 계면에는 많은 응력이 작용해서 기계적 강도, 내열충격성 등이 현저하게 저하되어 사용범위의 감소 심지어는 실용성 없는 허약한 유리로 된다. 따라서 내열충격성, 내구성 등이 낮은 Na₂O-Cao-SiO₂계 유리를 바탕으로 한 유백유리는 유백색을 짙게 하는데는 유리하나, 물성면에서는 크게 뒤지게 되어서 사용범위가 매우 좁아진다. 그래서 이와같은 계열의 유백유리는 사용조건이 까다롭지 않은 화장품 용기, 장식품등으로만 이용되고, 식기류와 같이 사용조건이 까다로와 높은 기계적강도 또는 내열성이 요구되는 용도로는 사용할 수가 없다.

본 발명에서는 상술한 바와같은 농 유백유리의 제조과정에서 야기되는 문제점 또는 물성이 저하를 방지할 수 있는 유리의 화학조성을 개발한 것으로, 이 조성으로 유백유리를 제조하면, 제반물성이 뛰어나면서도 미려하고 유백색이 매우 짙은 식기용 농 유백유리를 안전하게 효율적으로 생산할 수 있게 된다.

즉, 내화물의 심한 침식을 야기시키는 플루오로 화합물과 첨가양을 감소하고서도 짙은 유백색을 나타낼 수 있고, 같은 양의 결정을 석출시키면서도 그 크기를 미소화하여 결정의 수를 늘려 유백도를 높일 수 있으며, 용융에 따른 플루오로 화합물의 휘산을 최대한으로 억제할 수 있고, 기계적 강도, 내열성, 또는 화학적 내구성도 높일 수 있도록 바탕유리를 붕규산계 유리로 한 것 등을 특징으로 하고 있다.

용융상태에 있는 액상의 유리중에서 결정이 석출하기 위해서는, 우선 핵이 생성되고 그 다음에 이 핵을 중심으로 해서 결정이 성장해야 한다. 핵이 생성되는 최대속도는 유리의 전이온도보다도 10-50℃정도 높은 온도에서이며, 결정성장이 최대속도로 되는 온도는 유리의 융점보다 50-100℃정도 낮은 온도일때이다. 이는 핵의 생성은 결정성장보다 낮은 온도에서, 또 결정성장은 핵의 생성보다 높은 온도에서 잘 이루어진다는 것을 뜻한다. 그래서 결정화 유리를 제조할 때에는 비교적 낮은 온도에서 가열하여 핵을 생성시킨 다음, 다시 온도를 올려서 비교적 높은 온도에서 가열하여 결정을 성장시키는 2단계 열처리를 하게 된다. 그러나 일반 유백유리에서는 이러한 2단계 열처리를 거치지 않고 성형시에 핵 생성과 결정성장을 동시에 일으키게 해서 발색을 시켜야 하기 때문에 이 두가지 현상이 겹쳐서 일어나는 온도범위, 이를 바꾸어 설명하면 이러한 현상이 겹치는 온도에 따른 점도의 범위를 크게 확대시켜 주므로서 결정이 잘 석출되도록 해주는 것이다.

본 발명에서는, 상술한 바와같은 핵 생성과 결정성장이 동시에 일어날 수 있는 점도범위를 확대시켜 성형전서부터 성형시 그리고 성형후의 냉각된 상태에서도 계속 핵생성과 결정성장이 지속될 수 있는 표 1과 같은 유리의 화학조성을 개발하였으며, 동시에 불성과 작업성도 양호하도록 조절하였다.

[표 1] 농 유백유리의 화학조성(wt %)

SiO₂Al₂O₃B₂O₃Can Na₂O F₂

51.4-71.4 1-5 6-16 10-16 5-10 4.6-5.6

표 1에서와 같은 조성범위를 택하여 농 유백유리를 제조할 수 있는 이유는 다음과 같다. SiO₂를 51.4-71.4%의 범위로 한 것은, 51.4%이하가 되면 유리의 망목형성 산화물의 주성분인 SiO₂의 양이 적어서 안정한 유리 구조를 형성하기가 어려워지며, 71.4%이상이 되면 용융이 어려워지고 냉각시 점도가 커져서 핵생성과 결정성장이 잘 이루어지지 못한다. 따라서 SiO₂의 조성범위는 51.4-71.4%가 적합하다.

Al₂O₃를 1-5%의 범위로 한 것은 Al₂O₃의 작용이 분산방지와 내열성 증진에 있는데, 1%이하에서는 분상 억제작용이 거의 나타나지 않으며, 5%이상의 첨가는 유리의 작업성을 저하시키기 때문이다. B₂O₃를 8-16%의 범위로 한 것은, 내열성 화학적 내구성 등을 위하여 유효한 성분인 B₂O₃가 8%이하로 첨가되면 그 효과가 별로 나타나지 않고 16%이상으로 첨가하면 그 양의 증가에 비하여 물성면에서 나타나는 효과가 그다지 향상되지 못하면서 원료값이 부담만 커지므로 B₂O₃의 적정 첨가량은 이 범위로 압축된다.

CaO를 10-16%의 범위로 한 것은, 이 성분이 CaF₂결정을 석출시키는데 큰 도움을 주는 것인데, 10%이하에서는 그 도움이 별로 나타나지 않고 16%이상에서는 작업성이 저하되기 때문에 이 범위가 적절한 것으로 판단한 것이다. Na₂O를 5-10%로 한 것은 5%미만에서는 유리의 용융이 어려워지고 10%이상에서는 유리의 열팽계수가 크게 증가하여 내열성을 상실하기 때문에 융융과 물성을 감안하여 이 범위의 첨가양이 적절한 것으로 실험결과에 의해 결정한 것이다. F₂를 4.6-5.6%로 한 것은, 4.6%이하에서는 유백효과가 잘 나타나지 않고, 5.6%이상으로 하였을 때에는 내화물의 침식이 심하게 나타나 실제 제조작업이 불가능해지기 때문에 이 범위의 첨가양이 적절한 것으로 판단한 것이다.

본 발명에서는, 이상과 같은 6성분의 복잡한 상호작용을 적절하게 조화시킴으로써 짙은 유백색, 뛰어난 내열성, 강도, 경도, 내화물의 침식방지 및 작업성의 향상 등을 기할 수 있게 한 것이다.

[실시예 1]

본 발명의 실시예를 들면 다음과 같다.

농 유백유리중의 SiO₂성분을 공급해 주기 위하여 규사 또는 규석분 ; B₂O₃를 위하여 붕산, 붕사 ; Al₂O₃를 위하여 장석 수산화알루미늄 ; CaO를 위하여 석회석 ; Na₂O₃를 위하여 소다회 질산소다 ; F₂를 위하여 형석, 빙정석, 규불화소다등을 공급원료로 해서 표 1의 범위내에 속하고, 다음의 표 2와 같은 실시예의 유리조성물이 되도록 원료를 칭량하고, 다시 청징을 위한 억제를 가한 다음, 이를 충분히 혼합하여 소정의 조합물을 만든다.

조합물을 탱크가마 또는 도가니가마에서 충분히 용해한다. 이때 본 발명에서 의도한 대로, 플루오로의 휘산은 최대한으로 억제되고, 그 첨가량을 최소한으로 조절했기 때문에 내화물의 침식이 거의 일어나지 않는다. 기포제거를 위하여 청징을 시키고, 성형이 가능하도록 온도를 조절하여 점도를 맞춘다. 성형시 온도가 내려가면서 핵형성과 결정성장에 적합한 점도가 나타날 수 있도록 화학조성이 조절되어 있기 때문에 이 과정에서 농 유백유리색이 발현한다. 성형된 제품은 서냉가마에서 스트레인을 제거하게 되고, 제품에 따라 이단계에서 완성품으로 하는 경우도 있고 다시 장식을 위하여 전사지 수금 기타 채색료를 도포하여 신쇄가마에서 열처리해서 완제품으로 한다.

농 유백유리에 관한 제조방법의 실시예는 상술한 바와같으며, 이 제조방법에 적용한 본 발명의 조성물에 관한 실시예는 표 2에 열거한 바와같다.

[표 2] 농 유백유리 조성물의 실시예(중량 %)

이상의 실시예에서 얻은 결과에 따르면, 소지가 설백색을 띄어 미려할뿐만 아니라 열팽계수가 비교적 낮아 내열성이 크고, 강도, 경도 등이 높으며 작업성이 양호한 식기용 농 유백유리를 제조할 수 있었다.

Claims (1)

1. SiO₂51.4-71.4중량 %, Al₂O₃1-5중량 %, B₂O₃8-16중량 %, CaO 10-16중량 %, Na₂O 5-10중량 %, 및 F₂4.6-5.6중량 %로 이루어진 내열성이 높은 농 유백유리 조성물.