KR20030089113A

KR20030089113A - 동슬라그를 이용한 열선 흡수유리 제조용 뱃지 조성물 및이를 이용한 연녹색 유리

Info

Publication number: KR20030089113A
Application number: KR1020020027157A
Authority: KR
Inventors: 정희철; 박기열; 이시무; 이광재; 조용집
Original assignee: 주식회사 금강고려화학
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-21

Abstract

본 발명은 동슬라그를 이용한 열선 흡수유리 제조용 뱃지 조성물 및 이를 이용한 연녹색 유리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동제련 공정에서 발생하는 동슬라그를 소다-석회-실리카 유리 제조용 뱃지 조성물에 산화철 및 종래 환원제로 사용되는 코우크스를 대신하여 사용하여 뱃지 조성물을 제조하고, 이어서 상기 뱃지 조성물을 용융하여 열선 흡수가 우수한 연녹색 유리를 제조함으로써, 종래 환원제로 사용되는 코우크스를 획기적으로 줄이거나 전혀 사용하지 않아도 유리 조성내 총산화철 함량 중 FeO의 함량을 증가시켜 높은 레독스 특성을 나타내게 하여 열선 흡수능을 향상시킨 동슬라그를 이용한 열선 흡수유리 제조용 뱃지 조성물 및 이를 이용한 연녹색 유리에 관한 것이다.

Description

동슬라그를 이용한 열선 흡수유리 제조용 뱃지 조성물 및 이를 이용한 연녹색 유리{A batch composition for manufacturing infrared absorbing glass with copper slag and the green glass using said batch composition}

최근, 자동차용 유리로 많이 사용되는 연녹색 유리는 일반 무색 소다-석회-실리카 유리 제조용 뱃지 조성물에 산화철을 0.4 중량% 이상 첨가함으로써 자동차내부로 입사되는 열선을 효과적으로 흡수하여 열선에 의한 실내온도 상승을 억제하여 냉방부하를 감소시키는 기능을 가진다.

열선 흡수 유리는 일반적으로 유리 조성 중 산화철 성분을 증가시켜 향상시킬 수 있는데, 이러한 산화철은 유리 중에 FeO(산화제일철) 및 Fe₂O₃(산화제이철)의 형태로 존재하고 있다. 그 중, FeO는 1050 nm 근처에서 높은 흡수 피크를 보이며 높은 열선 흡수 특성을 나타내고, 유리 조성 내에 FeO의 함량이 증가함에 따라 열선 흡수능이 증가 되며 반대로 열선 투과율이 감소된다. 이와는 달리, Fe₂O₃는 280 ∼ 380 nm에서 높은 흡수 피크를 보이며 자외선 흡수가 증가된다.

FeO가 과량으로 함유되어 있는 유리는 청색을 나타내고, Fe₂O₃가 함유되어 있는 경우는 황색을 나타내는데, 유리 조성 내에 상기 산화철의 함량이 많게 되면 결과적으로 녹색을 나타내게 된다.

그 결과, 산화철이 함유된 유리는 산화 및 환원상태에 따라 자외선 및 열선의 흡수능이 증가되고, 상기 특성을 극대화하여 자동차 뿐 아니라 건축용으로도 폭 넓게 사용될 수 있다. 이와 더불어, 환경오염으로 인한 자외선 및 열선의 조사가 강해짐에 따라 자동차 및 건축용 유리에 상기 자외선 및 열선의 흡수량을 증가시키려는 연구가 지속되고 있다.

유리의 열선 흡수를 증가시키기 위한 방법으로는 FeO의 함량을 증가시키는 방법이 채택되고 있다. 이러한 함량 증가는 뱃지 조성물에 Fe₂O₃를 과량으로 첨가한 다음, 환원제로 코우크스(탄소)를 투입하여 상기 Fe₂O₃의 일부를 FeO로 환원시켜 함량을 증가시킬 수 있다. 그러나, 사용되는 코우크스는 용융 초기에 환원제로서의 역할을 하지 못하고 빨리 산화되고 망초 성분과 급격하게 반응하여 청징 지역에서의 망초 역할을 감소시키는 문제점이 있다. 이러한 급격한 초기 산화반응과 강력한 환원작용으로 인하여 용융 유리표면에 존재하는 비가교 산소가 일부 제거되면서 새로운 Si-O-Si 결합이 이루어지고, 이러한 결합으로 실리카의 농도가 증가하게 되어 결국 용융 유리표면에 미용융 이질 실리카층이 형성됨에 따라 유리의 광학물성 저하 및 석물결함 등을 유발하게 된다.

상술한 바와 같이, 종래 유리의 열선 흡수를 증가시키기 위하여 첨가되는 코우크스는 광학물성 저하 및 석물 결함 등의 문제점이 남아 있었다.

이에, 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 통상의 소다-석회-실리카 유리 제조용 뱃지 조성물에 산화철 및 종래 환원제로 사용되는 코우크스를 대신하여 동슬라그를 함유시켜 뱃지 조성물을 제조하고 이어서 상기 조성물을 용융하여 열선 흡수가 우수한 연녹색 유리를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 레독스 특성이 개선되어 열선 흡수능이 우수한 뱃지 조성물 및 이를 이용한 연녹색 유리를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 소다-석회-실리카 유리 제조용 뱃지 조성물에 있어서, 규사 55 ∼ 61 중량%, 소다회 17 ∼ 20 중량%, 백운석 12 ∼ 14.5 중량%, 석회석 5.0 ∼ 7.0 중량%, 장석 0.1 ∼ 2.0 중량%, 카스마이트 0 ∼ 5 중량%, 망초 0.3 ∼ 0.8 중량%, 산화코발트를 0 ∼ 20 ppm, 그리고 동슬라그가 0.1 ∼ 0.77 중량% 함유되어 있는 열선 흡수유리 제조용 뱃지 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 통상의 소다-석회-실리카 뱃지 조성물에 사용하던 산화철 및 종래 환원제로 사용되는 코우크스를 대신하여 동슬라그를 함유시켜 뱃지 조성물을 제조하고, 이어서 상기 조성물을 용융하여 열선 흡수가 우수한 연녹색 유리를 제조함으로써, 유리 내의 산화철의 함량 및 레독스 비율이 증가됨에 따라 열선 흡수능이 우수하게 되므로 자동차용 및 건축용 유리에 적합하게 사용할 수 있다.

일반적으로 제조되는 유리는 통상적인 소다-석회-실리카 뱃지 조성물을 용융한 다음 판 형태로 제작함으로써 제조된다. 상기 통상적인 소다-석회-실리카 뱃지 조성물은 규사 55 ∼ 61 중량%, 소다회 17 ∼ 20 중량%, 백운석 12 ∼ 14.5 중량%, 석회석 5.0 ∼ 7.0 중량%, 장석 0.1 ∼ 2.0 중량%, 카스마이트 0 ∼ 5 중량%, 망초 0.3 ∼ 0.8 중량% 및 산화철 0.1 ∼ 0.42 중량% 그리고 착색제로 산화코발트를 0 ∼ 20 ppm, 환원제로 코우크스가 0 ∼ 0.03 중량%가 함유되어 있다.

이러한 뱃지 조성물 내에 산화철과 환원제로 사용하는 코우크스는 타 원료와혼합성이 불량하여 최종 성형된 유리의 물성을 저하시키고, 코우크스는 용융 초기에 환원제로서의 역할을 하지 못하고 빨리 산화되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 뱃지 조성물에서 산화철과 코우크스를 대신하여 레독스 특성이 우수한 동슬라그를 0.1 ∼ 0.77 중량% 함유시켜 뱃지 조성물을 제조하는 것을 특징으로 한다. 만일, 상기 동슬라그의 함유량이 0.1 중량% 미만이면 FeO의 함량 증가가 미미하고 열선 흡수 능력이 떨어지는 문제점이 있고, 0.77 중량%를 초과하면 유리 조성물 내의 전체 철분 증가로 인해 가시광선 투과율이 하락하여 바람직하지 못하게 된다.

또한, 상기한 본 발명의 특징 성분인 동슬라그는 동제련 공정 중에 발생되는 부산물로서 생긴 수쇄 슬라그를 정제하여 다음 표 1과 같은 조성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

정제 동슬라그 조성

조성	중량%
SiO₂	27 ∼ 34
Al₂O₃	3 ∼ 5
Fe₂O₃	7 ∼ 11
FeO	39 ∼ 51
CaO	0 ∼ 6
MgO	0 ∼ 2
SO₃	0 ∼ 2.5

이러한 동슬라그는 동 제련 회사에서 동제련시 생성되는 수쇄 슬라그로 급냉되어 결정을 이루지 못하고 비정질로 존재하므로 유리 원료로 사용시 유리 뱃지 조성물의 용융점을 떨어뜨리는 파유리와 같은 효과를 볼 수 있으며, 동슬라그 내에함유된 황화물은 용융 유리의 용융 및 교반을 촉진시킴으로써 유리 제조시 발생할 수 있는 미용융 물질 및 기포 결함을 현저히 줄일 수 있으므로, 제품의 품질도 향상시키게 된다. 부수적으로 용융성과 청징성이 좋아져 에너지 절감 효과를 기대할 수 있으며, 산화철을 동슬라그로 대체 사용하여 경제적 이점을 기대할 수 있다. 또한 동슬라그는 유리 제조에 필요한 성분인 SiO₂, 철산화물인 Fe₂O₃와 FeO로 대부분 이루어져 있어서 규사와 Fe₂O₃원료를 절감할 수 있다. 특히, 동슬라그에는 철산화물 중 FeO가 Fe₂O₃보다 5배 가량 많이 함유되어 있으므로 별도의 환원제를 사용하지 않고 열선 흡수능을 높이는 뱃지 조성물을 얻을 수 있고, 이를 용융시켜 통상의 방법으로 높은 레독스 비율을 가진 유리를 제조할 수 있다.

본 발명은 상기의 뱃지 조성물을 용융시켜 통상의 방법으로 제조한 유리를 포함한다. 상기 제조된 뱃지 조성물을 용융하여 만들어진 유리의 성분은 SiO₂65 ∼ 75 중량%, Al₂O₃0 ∼ 3 중량%, MgO 3 ∼ 5 중량%, CaO 8 ∼ 12 중량%, R₂O (Na₂O + K₂O) 12 ∼ 16 중량% 및 Fe₂O₃로 표현되는 산화철이 0.4 ∼ 0.62 중량% 및 산화코발트 0 ∼ 20 ppm와 불순물인 산화티타늄이 함유되어 있다. 즉, 상기 유리는 총Fe₂O₃의 함량이 0.4 ∼ 0.62 중량%이고, 레독스 비율이 15 ∼ 26% 이며, CoO 함량이 0 ∼ 20 ppm으로 유리 조성내의 산화철의 함량을 증가시켜 높은 레독스 특성을 나타냄으로써 열선 흡수능이 향상되어 자동차용 및 건축용 유리로 유용하게 사용할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 유리(두께 3 ∼ 4.1 mm)는 가시광선투과율이 70% 이상이고, 색도 좌표가 489 ∼ 510 nm인 연녹색의 색상과 순도가 2 ∼ 4%이고, 높은 레독스 특성을 나타내어 우수한 열선 흡수 특성을 가져 열선을 효과적으로 투과한다. 또한, 본 발명에 따른 유리는 용융성 및 청징성이 좋으며, 유리 표면의 이질 실리카층의 형성이 억제되는 장점이 있다.

이하 본 발명을 다음 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 이러한 본 발명은 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2

다음 표 2에 나타낸 조성 및 함량을 판유리용 소다-석회-실리카 유리 뱃지에 투입하여 정밀하게 혼합하였다. 이어서, 공기 분위기 전기로를 600 ℃까지 승온 후 혼합된 뱃지 조성물을 백금도가니에 담아 전기로에 넣고 분당 10 ℃씩 1450 ℃까지 승온 하여 1450 ℃에서 2시간 동안 유지한 다음, 스텐레스판에 부어 판 형태로 제조하였다. 마지막으로, 상기 제조된 판을 서서히 냉각시킨 후 두께 4.1 mm로 연마하여 판유리를 제조하였다.

상기 제조된 판유리 중의 Fe₂O₃의 함량은 형광 X-선 분석법(X-ray fluorescence analysis)으로 측정하였고, FeO의 함량은 UV/VIS/NIR 분광기를 사용하여 1100 nm 파장에서의 투과율을 6 mm 두께로 환산하여 측정하였으며, 이러한 결과는 다음 표 2에 나타낸 바와 같다. 또한, 상기 제조된 판유리는 UV/VIS/NIR 분광기를 이용하여 색도 좌표 및 가시광선 투과율을 측정하였으며, 그 결과를 다음표 2에 나타내었다. 사용된 광원은 국제조명위원회에서 제안한 표준광인 A광(투과율 측정) 및 C광(색도좌표 측정)을 기준으로 하였다. 상기 분광기에서 측정한 투과율 및 색도좌표를 두께 4.1 mm로 환산하여 CIE 색도도에 표시하여 유리색상의 위치를 정한 다음 주파장(Dw) 및 순도를 측정하였고, 열선 투과율은 KS L 2514에 의거하여 측정하였다.

구 분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
뱃지조성(중량%)	동슬라그	0.54	0.53	-	-
	산화철(Fe₂O₃)	-	-	0.35	0.35
	코우크스	-	-	-	0.02
	규사	58.09	57.88	58.15	58.15
	소다회	18.89	18.89	18.88	18.88
	백운석	13.70	13.64	13.73	13.73
	석회석	6.50	6.78	6.49	6.49
	장석	0.81	0.81	0.93	0.92
	망초	0.60	0.60	0.60	0.60
	카스마이트	0.87	0.87	0.87	0.86
	산화코발트(ppm)	9	9	9	9
산화철 함량(중량%)	총 Fe₂O₃	0.547	0.544	0.540	0.536
산화철 함량(중량%)	FeO	0.107	0.106	0.086	0.095
레독스 비율¹⁾(%)	19.5	19.4	15.9	17.7
색도좌표	X	0.2999	0.3000	0.3060	0.3032
	Y	0.3180	0.3178	0.3218	0.3199
	주파장(nm)	493.1	492.9	508.6	497.5
	순도(%)	3.66	3.64	1.36	2.34
투과율(%)	가시광	77.05	77.07	81.74	78.98
투과율(%)	열선	56.30	56.54	61.62	59.2
1) 레독스 비율 = FeO의 함량/ 총 Fe₂O₃의 함량

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 경우는 동슬라그를 사용함으로써 산화철과 환원제인 코우크스가 전혀 첨가되지 않아도 비교예 1, 2의 경우보다 유리 내의 FeO의 함량이 증가하여 레독스 비율이 높아졌고, 열선 흡수능이 향상됨을 알 수 있었다. 또한, 색도좌표의 주파장이 492 ∼ 494nm의 범위로 유리가 연녹색의 색상을 가짐을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 실시예는 비교예에 비해 높은 레독스 특성을 가져 열선 흡수능이 향상되었음을 확인할 수 있었고, 또한 가시광선 투과율이 자동차 및 건축용 유리로 사용하기에 매우 적합함을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 동슬라그가 함유된 유리는 유리 내의 총Fe₂O₃의 함량이 0.4 ∼ 0.62 중량%이고 레독스 비율이 15 ∼ 26%로 종래의 산화철과 환원제로 코우크스를 사용한 유리에 비하여 높은 레독스 특성을 나타내어 동등 이상의 우수한 열선 흡수 특성을 가져 열선을 효과적으로 투과시키므로 자동차 및 건축용 유리로 효과적으로 적용할 수 있다.

Claims

소다-석회-실리카 유리 제조용 뱃지 조성물에 있어서, 상기 뱃지 조성물 중에 동슬라그가 0.1 ∼ 0.77 중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 열선 흡수유리 제조용 뱃지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 열선 흡수유리 제조용 뱃지 조성물은 규사 55 ∼ 61 중량%, 소다회 17 ∼ 20 중량%, 백운석 12 ∼ 14.5 중량%, 석회석 5.0 ∼ 7.0 중량%, 장석 0.1 ∼ 2.0 중량%, 카스마이트 0 ∼ 5 중량%, 망초 0.3 ∼ 0.8 중량%, 산화코발트 0 ∼ 20 ppm, 동슬라그 0.1 ∼ 0.77 중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 열선 흡수유리 제조용 뱃지 조성물.
제 1 항의 뱃지 조성물로부터 만들어지는 유리 조성물은 SiO₂65 ∼ 75 중량%, Al₂O₃0 ∼ 3 중량%, MgO 3 ∼ 5 중량%, CaO 8 ∼ 12 중량%, R₂O (Na₂O + K₂O) 12 ∼ 16 중량%, Fe₂O₃로 표현되는 산화철이 0.4 ∼ 0.62 중량% 및 CoO 0 ∼ 20 ppm으로 이루어져 있으며, 레독스 비율이 15 ∼ 26%인 것을 특징으로 하는 열선 흡수 연녹색 유리 조성물.
제 1 항에 따른 뱃지 조성물을 용융시켜 얻는 것을 특징으로 하는 열선 흡수용 연녹색 유리.