KR101139616B1 - 고강도 안전유리 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 안전유리 제조방법에 관한 것으로, 액상 수지를 다양한 형상을 나타내는 유리 제품의 표면에 코팅한 후 경화시킴으로써 유리의 파손강도를 향상시키며, 유리가 파손되더라도 유리 비산이 적은 고강도 안전 유리를 제공할 수 있다.

이를 위하여 본 발명의 액상 수지는 높은 강도와 표면 경도, 내화학성, 내열성, 및 내광성을 포함하며, 경화 후 유리와의 부착성이 좋고 높은 광투과도와 백색도를 나타내는 물질을 사용한다.

본 발명에 의하면, 코팅 방법을 사용함에 따라 곡면 형상이나 복잡한 형상의 유리제품을 제작할 수 있으며, 높은 강도를 나타내면서 파손시 파편의 비산을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.

안전 유리, 액상 수지, 코팅

Description

고강도 안전유리 제조방법{Manufacturing method of high strength safety glass}

본 발명은 곡면 형상이나 복잡한 형상의 유리 제품의 강도를 향상시켜 파손을 방지하고, 파손 시 유리의 비산을 방지하여 안전하게 사용할 수 있는 고강도 안전유리 제조방법에 관한 것이다.

유리는 투명성을 가지고, 화학적으로 안정하면서도 일반 플라스틱 제품에 비해 표면경도 및 강도가 우수하여 건물이나 자동차의 창유리 및 용기 유리 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.

또한, 유리 표면에 인쇄 및 코팅의 방법으로 다양한 컬러 및 무늬를 부가하여 제품의 미적 감각을 향상시키거나 인테리어용 소재로도 응용이 확산되고 있다.

최근에는 세탁기, 냉장고, 에어컨 등 각종 가전제품에도 유리 소재를 이용하여 제품의 외관을 데코레이션 함으로써 제품의 디자인과 가치를 돋보이게 함은 물론 기능도 향상시키는 제품이 많이 개발되고 있다.

하지만, 유리는 취성을 가지고 있어서 외부 충격에 의해 쉽게 깨질 수 있으며, 파편이 날카롭게 깨짐과 동시에 파편의 일부가 비산(飛散)되면서 이로 인해 안전성의 문제가 발생한다.

이를 보안하기 위해 유리를 풍랭강화 또는 화학강화 등의 방법으로 가공하여 강도를 향상시키고, 유리 사이에 필름 등을 삽입하여 강도를 보강하는 동시에 유리 파편의 비산을 막는 접합 유리 제품들이 일부 개발되었다.

하지만, 접합 유리 제품의 경우 평면이 아닌 곡면 형상이나 복잡한 형상의 유리 제품에 대하여는 강화기술의 적용이 어렵고, 비산 방지를 위한 필름의 부착도 어려운 문제가 발생한다.

게다가, 강도 보완을 위해 강화유리를 사용하는 경우에는 파손 발생시 유리 내부의 응력분출로 인해 유리 파편이 멀리 비산되어 또 다른 안전 문제를 발생시킨다.

이에 따라, 곡면 또는 복잡한 형상의 유리에 대한 강도를 보장함과 동시에 파손시 파편의 비산을 막을 수 있는 안전한 유리를 제작하는 방법이 요구된다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 다양한 형상으로 성형 된 유리의 표면을 액상 수지로 코팅하여 경화시킴으로써 파손강도가 향상되고, 파손시 유리 비산이 적은 고강도 안전유리 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고강도 안전유리 제조방법에 있어서, 유리 표면에 쉽게 Wetting(젖음)이 이루어지며 높은 강도와 표면 경도를 갖고, 경화 후 유리와의 부착성이 좋으며, 높은 광투과도와 백색도를 나타내는 액상 수지를 유리의 표면에 코팅하고 자외선 또는 열로 경화하여 유리와 액상 수지가 일체화된 복합 소재인 고강도 안전유리를 제작할 수 있다.

본 발명은 다양한 형상의 유리를 안전하게 제작하는 방법에 있어서, 곡면 또는 다양한 형상의 유리를 액상 수지로 코팅하여 경화시켜 높은 강도에 유리 파손시 파편 비산이 적은 안전한 유리를 제작할 수 있다.

본 발명에서 상기 액상 수지는, 에폭시계, 아크릴계, 폴리에스테르계, 및 멜라닌계 중 선택되는 어느 하나의 수지를 포함하고, 폴리아민계, 폴리아미드계, 및 폴리설파이드계 중 선택되는 어느 하나의 경화제를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 액상 수지는, 상기 수지 100% 기준으로 상기 경화제 30% 이상 60% 이하를 포함하여 형성할 수 있다.

본 발명에서 상기 유리를 액상 수지로 코팅하는 방법은, 담금 방법 또는 스프레이 방법 중 선택되는 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.

본 발명에서 코팅된 유리를 경화시키는 방법은 열 경화 또는 자외선 경화 방법을 사용할 수 있다.

본 발명에 의하면 경화 후 유리와의 부착성이 좋으며, 높은 강도, 높은 표면경도, 내화학성, 내열성, 및 내광성을 갖는 액상 수지를 사용하여 유리를 코팅함에 따라 유리의 파손강도를 향상시킴과 동시에 유리 파손 시 파편의 비산을 방지하여 유리 제품의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 유리에 액상 수지를 코팅함에 따라 드럼세탁기의 유리문이나 에어컨의 전면 커버 등과 같이 평면이 아닌 곡면 또는 복잡한 형상의 유리 제품을 제작할 수 있는 효과가 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고강도 안전유리를 제작하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 고강도 안전유리는 S100 단계부터 S180 단계를 거쳐 형성할 수 있다.

S100 단계는 안전유리를 제작하기 위하여 유리의 원료를 준비하는 단계로, 일반적으로 알려져 있듯이 유리는 자연광물을 원료로 제작된다.

좀 더 자세하게, 유리의 원료로는 규석 또는 규사를 기본으로 사용하고, 기 본원료에 소다회, 석회석, 백운석, 장석, 망초, 붕사 또는 붕산, 마그네사이트, 형석, 산화철, 및 흑연/카본블랙 등의 원료를 추가적으로 사용할 수 있다.

S110 단계는 S100 단계에 의해 제작하고자 하는 안전 유리에 사용되는 유리의 원료가 결정되면, 사용하고자 하는 유리의 용도에 따라 각 원료들의 화학 조성비를 계산하여 고온에서 용융한다.

이때, 용융되는 온도는 1500℃ 이상으로, 용융 후 각 원료들이 혼합되어 균질한 유리가 형성된다.

S120 단계는 용융된 유리를 용도에 맞게 성형한다. 성형은 제품의 종류 및 용도에 맞게 다양한 형상과 공법으로 이루어지며, 성형온도는 900℃ ~ 1200℃에서 이루어진다.

특히, 본 발명에서는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 등을 비롯하여 곡면 형상 복잡한 형상 등으로 다양하게 제조하여 제품의 용도에 맞는 안전 유리를 제작할 수 있다.

S130 단계는 성형 된 유리를 냉각하여 유리 제품을 제작하는 것으로, 냉각하는 방법으로는 서냉법 및 급냉법 중 선택하여 사용할 수 있다.

서냉법은 성형 된 유리를 서서히 냉각하여 유리 내부에 균일한 응력이 분포되게 하여 냉각과정에서 쉽게 깨지지 않는 유리 제품을 제작하기 위한 공정으로 바람직하게는 300℃ ~ 700℃의 온도로 냉각시킬 수 있다.

급냉법은 풍랭 강화 유리 제조 공정으로 성형 된 유리를 순간적으로 냉각하여(급랭하여) 유리 표면에 압축응력을 형성시켜 강도를 보강시킬 수 있다.

S100 단계 내지 S130 단계는 일반적인 유리를 제조하는 공정으로 본 발명의 고강도 안전유리를 위해서는 S140 단계 이후의 액상 수지를 적용하는 공정이 중요하다.

S140 단계와 S150 단계는 액상 수지를 형성하는 단계로, 액상 수지는 수지와 이를 경화시키는 경화제로 형성할 수 있으며, 수지와 경화제의 혼합비율은 수지 100에 경화제 30~60 비율로 조성할 수 있다.

좀더 자세하게, 수지는 에폭시(Epoxy)계, 아크릴(Acryl)계, 폴리에스테르(Polyester)계, 및 멜라닌(Melanin)계 등으로 형성할 수 있으며, 경화제는 폴리아민(Polyamine)계, 폴리아미드(Polyamide)계, 및 폴리설파이드(Polysulfide)계 등으로 형성할 수 있다. 이는 본 발명에 한정되는 것이 아니라, 후술하는 액상 수지 조건을 만족하는 물질을 모두 사용할 수 있다.

S160 단계는 S140 단계 및 S150 단계에 의해 형성된 액상 수지를 S140 단계에서 형성된 유리에 코팅하는 공정으로, 유리를 액상 수지 용액에 담그거나(담금 방법;Dipping), 스프레이 건을 사용하여 액상 수지를 유리 표면에 분사(스프레이 방법;Spraying)할 수 있다.

이때, 유리의 표면을 깨끗하게 세척하여 유리 표면의 이물질을 제거한 후 액상 수지로 코팅할 수 있으며, 수지와 경화제의 혼합 비율 및 증점제와 같은 첨가제의 양을 조절하여 액상 수지의 점도를 조절할 수 있다.

그리고, 본 발명에 한정되는 것은 아니나 담금 방법을 사용할 경우 유리를 액상 수지 용액에 10~60초간 담그어 사용할 수 있으며, 이는 유리 표면에 일정한 두께의 수지 필름 막을 코팅할 수 있다.

이때, 요구되는 강도 및 기타 특성에 따라 수지 필름 막의 두께를 조절할 수 있으며, 본 발명에 한정되는 것은 아니나 수지 필름 막의 두께는 0.01 ~ 1mm로 형성하는 것이 바람직하다.

S170 단계는 액상 수지가 코팅된 유리를 경화시키는 것으로 20℃~100℃의 온도로 건조하거나, 자외선 조사 장치를 사용하여 액상 수지를 경화시켜 용도에 따라 사용자가 원하는 형태를 나타내는 유리 제품을 완성할 수 있다(S180).

이하, 본 발명에서 사용하는 액상 수지가 만족해야 하는 조건 및 실험 예를 살펴보도록 한다.

액상 수지가 만족해야 하는 조건은 크게 4가지로 첫째, 유리 표면에 쉽게 Wetting(젖음)이 이루어질 수 있어야 하며, 경화 후 부착성이 좋아야 한다.

좀더 자세하게, 담금 방법이나 스프레이 방법으로 유리 표면에 수지를 코팅할 때 적절한 점도와 분산성을 가지고 있어 유리 표면에 일정한 두께로 균일하게 막을 형성할 수 있어야 하고, 경화 후 쉽게 유리와 분리되지 않도록 높은 부착성을 가져야 하며, 이를 통해 유리가 파손된 상태에서도 유리 파편이 수지필름으로부터 탈락되는 현상이 없어야 한다.

둘째, 높은 강도와 표면경도를 가져야 한다.

좀더 자세하게, 본 발명의 적용목적이 파손을 막기 위한 강도보강과 유리파편의 비산 방지이기 때문에 경화된 수지가 보강효과를 나타낼 수 있도록 충분한 인 장강도를 가져야 한다. 특히 세탁기와 같은 제품의 경우에는 제품의 작동시 연속적인 진동과 충격이 가해지기 때문에 이를 견딜 수 있는 충분한 강도가 있어야 하고, 경화된 수지의 표면경도가 높아서 쉽게 스크래치가 발생하지 않는 수지를 사용해야 한다.

셋째, 경화 후 높은 광투과도와 백색도를 가져야 한다.

이는 용도가 제품의 내부를 관찰할 수 있는 창으로서의 역할이나 유리 이면의 데코레이션을 부각시키기 위함이기 때문에 액상 수지의 적용 후 유리의 투명도가 저하되거나 백색도가 낮을 경우 그 본래의 기능을 상실하기 때문에 기존의 유리가 가지고 있는 투과도를 최대로 유지하면서 높은 백색도를 나타내야 한다.

넷째, 내화학성, 내열성, 및 내광성을 가져야 한다.

이는 세탁기 유리의 경우 알칼리성 세재의 사용, 건조기능시 온도의 상승 등이 수반되므로 내화학성 및 내열성이 필요하고, 또한 장기간 광에 노출되어도 수지의 변색이나 변성이 이루어지지 않아야 한다.

그 외에 가급적 유리와 유사한 광 굴절률을 갖고 있어서 굴절률 차이로 인한 투시성의 저하 및 투과상의 변형을 최소한 억제해야 한다.

실험예1

상기의 단계 S100 ~ S180를 통해 제작된 안전유리의 파손 시 유리파편의 비산을 실험한 사진으로 도 2를 참조할 수 있다.

실험예2

수지의 코팅조건을 하기의 표1과 같이 다르게 하여 액수지 코팅에 의한 강도, 액수지 코팅 전/후의 투과율 변화, 및 액수지 코팅 전/후의 파장별 투과율을 실험하였다.

실험결과를 살펴보면, 액수지 코팅에 의한 강도는 도 3a에서와 같이 미코팅 유리(No.1)에 비해 파괴 곡강도 16~44%가 증가(두께 0.06~0.07mm코팅시 약 40%증가)함을 알 수 있다.

그리고, 액수지 코팅 전/후의 투과율 변화는 도 3b에서와 같이 미코팅 유리(No.1)에 비해 코팅제품의 투과율 변화 3%이내임을 확인할 수 있으며, 액수지 코팅 전/후의 파장별 투과율은 도 3c에서와 같이 미코팅 유리(No.1)에 비해 코팅제품의 가시광선 투과율 변화는 파장별로 거의 차이가 없음을 확인할 수 있다.

실험예3

액상의 에폭시계 수지 1000g에 폴리아민계 경화제 400g을 섞어서 약 20~50℃에서 교반하여 혼합용액을 제조한 후 유리를 혼합용액에서 10~100cm/분 의 속도로 코팅한 후 건조시킨다.

코팅 액의 점도는 교반 온도에 따라 70~150 poise를 나타내었으며, 교반온도가 높을수록 낮은 점도 값을 나타내었다.

수지의 코팅두께는 코팅속도에 따라 0.04~0.12mm 까지 변화되었으며, 코팅 후 건조는 상온 건조, 혹은 필요에 따라 경화시간의 단축을 위해 건조기에서 20~100℃의 온도로 실시하였다.

건조 후 완전히 경화된 유리제품의 파괴 강도를 만능시험기를 통해 측정한 결과 코팅을 하지 않은 유리의 강도 평균값이 6.21 kgf 인데 비해 코팅제품의 평균 강도 값은 7.2~9.0 kgf 로서 나타났으며, 코팅두께가 두꺼울수록 높은 값을 나타내었다. 약 0.06~0.07mm의 코팅두께를 갖는 시편의 강도 값은 코팅하지 않은 유리 단독의 강도 값에 비해 약 40% 이상의 강도 상승을 나타내었다.

또한 UV-Spectrometer를 이용하여 코팅유리의 가시광선 투과율을 측정한 결과, 코팅하지 않은 유리 단독의 투과율인 90.8%에 비해 수지 코팅으로 인해 약간의 투과율 저하(3% 이내)는 발생하였으나 88% 이상의 높은 투과율 값을 유지하고 있어서 활용 상의 특별한 문제가 없을 것으로 판단되었다.

본 발명은 곡면 또는 복잡한 형상의 유리 제품에 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고강도 안전유리를 제작하는 방법을 나타낸 흐름도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고강도 안전유리의 파손 시 유리파편 비산을 나타낸 사진.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명이 일 실시 예에 따른 수지의 코팅조건 변화에 따른 액수지 코팅에 의한 강도, 액수지 코팅 전/후의 투과율 변화, 및 액수지 코팅 전/후의 파장별 투과율을 나타낸 그래프.

Claims (8)

1. 다양한 형상의 유리를 안전하게 제작하는 방법에 있어서,

   곡면 또는 다양한 형상의 유리를 액상 수지로 코팅하여 경화시키며,

   상기 액상 수지는 멜라닌계 수지와 상기 멜라닌계 수지를 경화시키는 경화제를 포함하며, 상기 액상 수지의 코팅 두께는 0.06mm ~ 0.12mm인 것을 특징으로 하는 고강도 안전유리 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 경화제는 폴리아민계, 폴리아미드계, 및 폴리설파이드계 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고강도 안전유리 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 액상 수지는,

   상기 수지 100% 기준으로 상기 경화제 30% 이상 60% 이하를 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 고강도 안전유리 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 유리를 액상 수지로 코팅하는 방법은,

   담금 방법 또는 스프레이 방법 중 선택되는 어느 하나의 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 고강도 안전유리 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 액상 수지로 코팅된 유리는 열 또는 자외선을 사용하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 고강도 안전유리 제조방법.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 액상 수지로 코팅된 유리는

   가시광선 투과율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 안전유리 제조방법.
8. 제 1항 내지 제 5항 및 제 7항 중 어느 하나의 제조방법에 의해 제조되어 상기 유리 파손시 유리 파편의 비산을 방지한 고강도 안전유리.

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