KR100824934B1 - 회색 소다라임 유리 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모유리 100 중량%에 대하여 총 Fe₂O₃ 0.75 ~ 1.1 중량%, CoO 0.019 ~ 0.035 중량%, Se 0.001 ~ 0.005 중량%, CuO 0.002 ~ 0.05 중량%, 및 TiO₂ 0 ~ 0.5 중량%를 함유하는 착색제를 포함하는 것을 특징으로 하는 회색 소다라임 유리 조성물로서, 본 발명에 따른 유리 조성물은 자동차용 유리 및 건축용 유리로 사용이 적합하다.

회색, 소다라임 유리, gray, privacy

Description

회색 소다라임 유리 조성물 {Gray soda lime glass composition}

본 발명은 가시광 투과율, 자외선 투과율 및 태양광 투과율이 낮은 것을 특징으로 하는 회색 소다라임 유리 조성물(착색유리)에 관한 것이다.

상기 착색유리의 용도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 자동차의 후방부의 시선 차단용 유리(privacy glass) 또는 선루프 및 건축용 유리 등에 적용될 수 있다. 착색 유리는 일반적인 소다라임 유리에 비하여 가시광 투과율이 낮기 때문에 차량 내부의 가시성을 저감 시킬 수 있으며, 총 태양광 투과율이 낮은 특성 때문에 차량 내부로의 열 흡수를 감소시키는 기능을 갖는다. 또한 낮은 자외선 투과율로 인해 자외선에 의한 직물손상, 내부 기물들의 변색, 또는 분해를 막을 수 있다.

이러한 착색유리의 색상은 여러 착색제의 혼입을 통하여 구현할 수 있으며, 회색 착색유리에 사용되는 대표적인 착색제로는 철(Fe), 코발트(Co), 또는 셀레늄(Se)등이 있으며, 그 외에 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 또는 세륨(Ce) 등이 사용될 수 있다. 이러한 착색원소들은 고유한 착색 효과를 가지고 있으며, 이를 통하여 유리 내에서 고유한 발색 특성을 보인다. 이러한 발색은 각 착색원소들이 특정한 측정 파장에서 가시광을 흡수하는 현상에서 기인하며, 착색 성분들의 적절한 비율 조합을 통하여 원하는 색상과 투과율을 설계할 수 있다.

상기 다양한 착색제의 착색 강도와 착색 영역의 차이가 유리의 최종 색상을 결정하게 되며, 각 원소의 적절한 조정을 통하여 사생활 차단(privacy) 기능을 갖는 회색의 유리를 제조할 수 있다. 이러한 회색 소다라임 유리의 다양한 조성이 공지되어 있으며, 크게 Fe, Co, 및 Se을 기초 착색제로 제조된 경우와 기타 원소를 추가하는 경우로 나눌 수 있다.

미국특허 제4,873,206호에는 총 Fe₂O₃ 0.6~1.0 중량%, CoO 100~200ppm, Se 50~200 ppm을 포함하고 Ni 및 Cr을 포함하지 않는 유리 조성이 개시되어 있다. 그러나 상기 조성은 유리 두께4mm 기준으로 가시광 투과율이 25~30 % 수준으로 선루프 등에 적용되는 회색 유리의 중요한 기능 중 하나인 사생활 차단 기능을 부여하기엔 적합하지 않다.

또한 국내 특허공개공보 제1992-0007944호 (미국특허 제5,393,593호)에서는 총 Fe₂O₃ 1.0~1.7 중량%, CoO 100~200ppm, Se 10~50ppm을 포함하는 유리 조성이 개시되어 있다. 그러나 상기 조성은 높은 총 Fe₂O₃ 함량으로 인해 Fe²⁺(FeO)의 비율이 필연적으로 많아지므로 열전도도가 급격히 하락하고, 이로 인한 연료 소비의 증가, 용해로 바닥의 온도감소로 인한 용융 품질 저하 등의 문제점이 있다.

유사한 특허로 국내 특허공고 제10-027250호 (미국특허 제 5,352,640호)에는 총 Fe₂O₃ 1.4~4 중량%, CoO = 200ppm, Se = 50ppm, CoO+Se+Cr₂O₃ = 0.24중량%를 포함하는 유리 조성이 개시되어 있다. 그러나 상기 조성 역시 상술한 바와 같이 높은 총 Fe₂O₃ 함량으로 인한 Fe²⁺ 증가가 유발되며, 이로 인한 열전도도 하락 및 연료비 증가, 용해로 바닥 온도 감소, 용융품질 저하 등의 문제가 더욱 클 것이다. 또한 상기 조성에서 사용되는 Cr의 경우 난용성 물질로 알려져 있으며, 사용량이 증가할수록 미용융물이 발생하여 불균질한 색상을 유발할 수 있다.

국내특허 등록 10-029539(미국특허 제 5,308,805)의 경우 총 Fe₂O₃ 1.3 ~ 2 중량%, CoO 200 ~ 400ppm, Se 2 ~ 30ppm 함량을 포함하는 유리 조성이 개시되어 있으나, 역시 총 Fe₂O₃ 함량이 높고, Ni을 포함하고 있다. Ni이 혼입된 경우 유리용융시 NiS로 존재 할 수 있으며, NiS의 경우 유리의 강화 공정에서 부피팽창으로 인해 유리의 파손을 유발 시키는 것으로 알려져 있다. 회색 소다라임 유리의 경우 자동차용으로 사용되며, 반드시 강화를 하고 있기 때문에 Ni의 사용은 유리의 파손 불량을 증가시키는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같이 종래 기술이 가지고 있는 높은 철분함량으로 말미암아 유발되는 용융부하 문제점을 개선하여 일반적인 소다라임 유리의 용융 공정에서도 용이하게 제조할 수 있고, Ni, 또는Cr 등의 착색제를 사용 하지 않고도 가시광 투과율 증가를 효과적으로 제어하여 사생활 차단 성능을 만족시키며, 태양광 투과율과 자외선 투과율을 동시에 낮출 수 있는 유리 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 모유리 100 중량%에 대하여 총 Fe₂O₃ 0.75 ~ 1.1 중량%, CoO 0.019 ~ 0.035 중량%, Se 0.001 ~ 0.005 중량%, CuO 0.002 ~ 0.05 중량%, 및 TiO₂ 0 ~ 0.5 중량%를 함유하는 착색제를 포함하는 것을 특징으로 하는 회색 소다라임 유리 조성물에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 착색제 조성은 하기에 의해 구체화된다.

철(Fe)은 유리의 주/부 원료에 불순물로 포함되어 있을 수 있으며, 통상적인 상업생산 시 부가적인 투입 없이도 0.1 ~ 0.2 중량% 수준으로 유리 내에 존재할 수 있는 성분이다. 대부분의 착색유리는 철을 추가로 투입하여 원하는 투과율과 색상을 조절하는데 투입되는 원료로는 산화철(Fe₂O₃)을 사용하며, 유리의 용융과정에서 투입된 산화철은 Fe³⁺와 Fe²⁺로 존재할 수 있다. Fe³⁺ 이온은 410 ~ 440 nm 의 가시광 영역에서 약한 흡수를 갖고, 380 nm를 중심으로 하는 자외선 부근에서 강한 흡수단을 갖고 있으며, 이러한 특성으로 인해 Fe³⁺이 많이 존재할수록 유리는 옅은 황색을 나타내게 된다. 또한 Fe²⁺ 이온은 1050 nm 를 중심으로 강한 흡수 밴드가 존재하기 때문에 적외선을 흡수 하는 것으로 알려져 있고, Fe²⁺ 함량이 많을수록 유리의 색상은 파란색으로 변화한다. 이러한 Fe²⁺/Fe³⁺의 존재 비율은 유리의 색상뿐만 아니라 유리 제조 공정에서도 중요한 영향을 미치게 된다.

유리 원료 배치(batch)의 용융은 용해로에서 진행되며, 주요 열원으로는 가스 버너의 연소를 통하여 공급되는 복사 적외선이다. 이러한 열원으로부터 유리 원료까지 열이 전달되는 메커니즘은 대부분 복사를 통해 전달되며, 가스 연소를 통해 발생한 열량이 얼마나 효율적으로 원료 배치에 전달되는가에 따라 용융에 필요한 열량이 바뀌게 된다. 이러한 방사열은 적외선에 해당하며, 유리 용융물 표면과 유리 용융물 내부로 열량을 공급하게 된다. Fe₂O₃ 중 Fe²⁺와 Fe³⁺의 존재 비율은 생산 공정에 따라 유변적이지만, 총 철분함량 중 Fe²⁺ (FeO) 함량이 10~30 중량% 수준으로 관리되고 있으며 통상 20 중량% 수준으로 생산되고 있다. 따라서 유리 용융물 내에 포함되어 있는 Fe₂O₃ 함량이 증가할수록 Fe²⁺ 함량 역시 비례적으로 증가하게 된다. 그러나, 상기에서 언급한 바와 같이 Fe²⁺ 이온의 흡수단은 적외선 영역을 포함하고 있으며, 이로 인해 유리 용융물로 전달되어야 하는 방사열을 차단하는 역할을 하게 된다. “Colour generation and control in glass ; C.R. Bamford ; glass science and technology 2" 에 수록된 내용을 참고로 하면, 가스 버너에서 방사되는 적외선은 유리 용융온도에서 열전달 메커니즘 중에서 가장 큰 효과를 보이는 것으로 언급되어 있다. 적외선 영역에 의한 열전도도에 영향을 미치는 주요 인자로는 유리의 굴절률, 유리의 온도, 및 유리의 적외선 흡수 상수를 꼽을 수 있다. 열전도도는 유리 용융물 내의 철분 함량과 밀접한 관계가 있다. 상기 자료에서는 암버(amber) 유리의 경우 투명 유리 대비 열전도가 1/4 수준인 것으로 언급되었으며, 이는 암버 유리가 일반 투명유리 대비 높은 철분함량을 갖는 것에 기인한다.

또한 "Chemical approach to glass; Milos B. Volf, 356 page"에는 다음과 같은 내용이 수록되어 있다. 철분이 포함된 유리의 경우 Fe²⁺에 의해 방사 적외선이 흡수되어 유리 용융물 깊이에 따라 온도구배(thermal gradient)가 발생한다. 이러한 열 차단 현상으로 기인되는 온도편차를 측정하였으며, 하기와 같은 실험식이 발표되었다.

t = t_o (1-Aτⁿ)

A = 0.0462 + 0.00985 Fe₂O₃

n = 0.9 - 0.7 exp (-1.8 Fe₂O₃)

τ = 2.54 H

t = 유리 표면에서 깊이 H 에 위치한 유리 계면의 온도(℃)

t_o = 유리 표면의 온도 (℃)

상기 수식에서 알 수 있듯이 Fe₂O₃ 함량이 증가할수록 유리 용융물 하부의 온도는 급격하게 감소하는 것으로 계산되며, 실제 생산시에는 용해로 내의 대류에 의해 간섭을 받을 수 있으나 총 Fe₂O₃ 함량 증가에 따라 온도 감소 폭이 매우 급격 한 것으로 확인되었다.

이렇듯 유리 용융물 내에 철분 함량이 높아질수록 Fe²⁺ 이온 존재량은 비례하여 증가하며, Fe²⁺의 적외선 흡수로 인한 열전도도 감소는 필연적인 결과라 할 수 있다. 이러한 열전도도 감소로 인한 영향으로는, 필요 이상의 연소 가스의 사용 및 유리 용융물의 온도 감소로 나타날 수 있다. 이러한 연소가스 사용량의 증가는 비용 손실 문제 외에도 발생되는 배기 가스의 증가로 인한 환경에 악영향을 미칠 수 있다. 또한 열전도도 감소로 인한 유리 용융물의 온도감소는 용해로 바닥으로 갈수록 더욱 심해질 수 있으며, 이는 유리 용융물 온도 감소에 따른 점도 증가로 인해, 대류 흐름이 약화되고, 이러한 대류 흐름의 약화는 탈포, 또는 균질화 등 유리 용융 공정을 전반적으로 악화시킬 수 있으며, 이러한 용융 공정의 문제점들은 생산 수율 감소로 나타날 가능성이 매우 높다. 따라서 본 발명은 종래의 회색 소다라임 유리 조성물에 비하여 보다 낮은 함량의 총 Fe₂O₃을 포함하여, 상기와 같은 용융 공정의 문제점을 해소하였다.

본 발명의 총 Fe₂O₃의 함량은 0.75 ~ 1.1 중량%이다. 상기 함량이 0.75 중량% 미만인 경우 가시광 투과율 증가로 인해 회색소다라임 유리 조성의 가장 중요한 특성 중에 하나인 개인 사생활 보호 기능을 수행하기가 어려워지며, 1.1 중량%를 초과하는 경우 Fe²⁺ 함량 증가가 필연적으로 발생하여 용융 부하가 증가하는 문제가 유발될 수 있다. 용융 부하를 줄임과 동시에 개인 사생활 보호기능을 수행할 수 있는 총 Fe₂O₃ 함량은 0.81 ~ 0.99 중량% 인 것이 좀 더 바람직 하며, 가장 바람직 하기로는 총 Fe₂O₃는 0.89 ~ 0.98 중량%를 포함한다.

또한 Fe²⁺(FeO)의 함량(환원율: FeO/총 Fe₂O₃)은 총 Fe₂O₃ 함량의 10 ~ 30 중량% 수준이 바람직하다. Fe²⁺ 함량이 10 중량% 미만인 경우 가시광 투과율 증가 및 Se의 산화 확률이 높아져 Se 착색이 반감되는 문제가 있다. 또한 Fe²⁺ 함량이 30 중량% 이상인 경우에는 청징제인 Na₂SO₄의 청징 효과가 감소되며, Se의 휘발량이 증가하여 적정량의 Se을 잔류시킬 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 Fe²⁺ 증가에 따른 용융 과정에서의 열전도도 감소 문제가 발생할 소지가 있으며, 용해로 바닥부의 온도 감소, 품질 저하 문제가 유발 될 수 있다. Se 착색에 적합하고 열전도도 문제를 줄이기 위해서는 Fe²⁺ 의 함량이 15 ~ 25 중량% 인 것이 좀 더 바람직 하고, 가장 바람직한 Fe²⁺ 함량은 18 ~ 24 중량% 이다.

코발트(Co)는 산화코발트 형태로 배치에 공급되며, Co²⁺ 존재 형태에서 530, 590, 및 645nm 부근의 흡수단을 갖게 된다. 이러한 흡수단의 영향으로 코발트는 강한 청색(blue)으로 유리를 착색시키게 된다.

본 발명의 CoO의 함량은 0.019 ~ 0.035 중량%이다. 본 발명에서 사용된 용어 ppm은 중량%를 나타내기 위한 것으로 100ppm은 0.01 중량%를 의미한다.

CoO의 함량이 0.019 중량% 미만인 경우 가시광 투과율이 높아지는 문제가 발생하며, 이로 인해 회색 소다라임유리 조성의 중요 특성인 개인 사생활 보호기능이 저감 될 수 있다. 또한 그 함량이 0.035 중량%를 초과하면 유리에 청색(blue) 색조가 강하게 나타나게 되며, 이를 회색조로 만들기 위해서는 Se 투입의 증량이 필요하게 된다. 그러나 Se 투입량이 증가하는 경우 가시광 투과율이 큰폭으로 감소함은 물론 Se 사용량 증가에 따른 제조 단가의 증가가 동반된다. 가시광 투과율을 효과적으로 감소시키고 청색 색조를 균형있게 조절하기 위해서는 CoO 함량을 0.02 ~ 0.03 중량% 사이에서 관리하는 것이 좀 더 바람직 하다. 가장 바람직한 CoO의 함량은 0.021 ~ 0.027 중량% 이다.

셀레늄(Se)은 유리 내에서 산화/환원 상태에 따라 발색 거동의 차이를 보이며, Se 원소로 존재하는 경우와 FeSe 로 결합되는 경우 480 ~ 490 nm에서 흡수단이 존재한다. 이러한 경우 적/갈색으로 유리를 착색시키는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 Se의 함량은 0.001 ~ 0.005 중량% 이다. 그 함량이 0.001 중량% 미만이면 유리가 청색(blue) 색조를 강하게 나타나게 되며, 0.005 중량%를 초과하는 경우 유리의 색상이 동색(bronze)에 가깝게 된다. 두 경우 모두 회색조를 유지할 수 없으며, 개인 사생활 보호 기능을 갖는 가시광 투과율을 유지할 수 없다는 문제가 발생할 수 있다. 색조 및 사생활 보호 기능을 유지하기 위해서는 Se 함량이 0.0014 ~ 0.0045 중량% 인 것이 좀 더 바람직하며, 가장 바람직하기로는 0.0024 ~ 0.0038 중량% 이다.

구리(Cu)는 산화구리 상태로 유리에 공급되며, Cu²⁺이온은 450~500 nm에서 흡수단이 존재한다. 이러한 흡수단의 영향으로 유리를 청녹색으로 착색시키는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 CuO의 함량은 0.002 ~ 0.05 중량%이다. 그 함량이 0.002 중량% 미만인 경우 회색 소다라임 유리의 적정 가시광 투과율 수준인 20%(유리 두께 4mm 기준) 보다 가시광 투과율이 증가하여 사생활 차단 기능성이 저감되는 문제가 발생할 수 있으며, 0.05 중량%을 초과하는 경우에는 유리의 회색조를 유지할 수 없으며, 이의 조정을 위해서는 추가의 CoO와 Se의 투입이 필요하다. 사생활 보호 기능을 유지하며, 추가의 착색제 투입을 피하기 위해서는 CuO 의 함량이 0.015 ~ 0.045 중량% 인 것이 좀 더 바람직하다. 가장 바람직하기로는 0.019 ~ 0.041 중량% 이다.

TiO₂의 경우 필수 성분은 아니지만 자외선 투과율 및 가시광 투과율 조절을 위하여 임의로 투입할 수 있다. TiO₂의 함량을 0.5 중량% 이상 투입하는 경우에는 색조의 변화가 발생할 수 있으므로 그 이하로 함량을 조절해야 한다.

한편, 상기 착색제는 모유리 100 중량%에 대하여 상기 함량 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하며, 모유리의 주요 구성 성분은 다음과 같은 표 1의 조성 범위를 갖는 것이 바람직하다.

상기에서 SiO₂는 유리의 기본 구조를 형성하는 망목구조 형성제의 역할을 하는 것으로, 그 함량이 65 중량 % 미만인 경우에는 유리의 내구성에 문제가 생기며, 75 중량%를 초과하는 경우 고온 점도 증가와 용융성이 저하되는 단점이 있다.

Al₂O₃는 유리의 고온점도를 증가시키고, 소량 첨가하는 경우 유리의 내구성을 향상시키는 성분으로, 그 함량이 0.3 중량 % 미만인 경우 내화학성, 내수성에 취약해 질 수 있으며, 3 중량 %를 초과하는 경우 포함되는 경우 고온 점도 증가와 함께 용융 부하가 증가하는 문제가 있다.

Na₂O 및 K₂O는 유리 원료의 용융을 촉진하는 융제(flux) 성분으로 두 성분의 총합이 10 중량 % 미만인 경우에는 미용융물 발생 증가로 인한 용융품질 저하가 발생 할 수 있으며, 18 중량 %를 초과하는 경우 내화학성 저하가 발생하는 문제점이 생긴다.

CaO 및 MgO는 원료의 용융을 도우면서 유리 구조의 내후성을 보강해주는 성분이다. CaO 함량이 5 중량 % 미만인 경우 내구성 저하가 발생할 수 있으며, 15 중량 %를 초과하는 경우 결정화 경향이 증가함으로 인해 제품 품질에 악영향을 줄 수 있다. 또한 MgO의 경우 1 중량 % 미만인 경우 상술한 효과가 감소하게 되며, 7 중량 %를 초과하는 경우 결정화 경향 증가로 결정 결함 증가가 유발된다.

실제 생산에서는 기포 제거 등의 용융 품질 향상을 위해 망초(Na₂SO₄)가 사용될 수 있으며, 용융과정에서 유리에 SO₃ 가스 형태로 잔존하는 함량은 0.01 ~ 1.0 중량% 수준으로 관리하는 것이 일반적이다.

상기 조성 범위에서 제조된 회색 소다라임 유리는 자동차 안전유리 원판으로 적용될 수 있으며, 건축용 창유리에 적용이 가능하다. 자동차 유리에서는 선루프(sun roof), 또는 후면창에 적용될 수 있으나, 그 용도가 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 회색 소다라임 유리 조성의 중요 특성 중에 하나인 사생활 보호기능을 갖기 위해서는 다음과 같은 광학 특성이 요구된다.

유리 두께 4 mm를 기준으로 하여, 가시광 투과율(T_vis)은 20% 미만인 것이 바람직하고, 태양광 투과율(T_sol)은 26% 이하이며, 자외선 투과율(T_uv)이 10% 미만인 것이 바람직하다.

착색제 함량 조절의 문제로 인해 가시광 투과율이 20% 이상으로 증가하는 경우, 회색 소다라임 유리의 주요 특성인 사생활 차단 성능의 저하로 적용성에 제한이 발생할 수 있으며, 자동차 유리 중 선루프, 또는 후면창 등 사생활 차단 기능이 필요한 부분에서 특히 문제가 될 수 있다.

자외선의 경우 실내 내장재들의 노후에 많은 영향을 미치기 때문에 10% 미만으로 투과율을 관리하는 것이 필요하다.

또한 상술한 바와 같은 투과율 범위를 가지면서, 유리의 색조는 다음과 같이 조절 되어야 한다. 주파장 범위(D_w)는 480 ~ 580nm, 자극 순도(P_e)는 0.1 ~ 10 %가 되도록 착색제 함량을 조절해야 하며, 이러한 범위 내에서 조절이 실패할 경우 청색(blue), 및 적색(red) 색조가 강하게 발색될 가능성 있으며, 회색조를 유지할 수 없다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 3

본 발명에서 물성 평가를 위한 샘플 유리 제조는 가스로와 전기로를 통하여 제조 되었으며, 500 g 기준으로 평량된 원료 배치를 1450℃에서 1시간 용융 후 급냉 시켜 유리 파우더로 회수한 후, 재용융을 2회 반복하여 균질성을 높인 샘플을 제작하였다

사용 원료로는 규사, 장석, 석회석, 백운석, 소다회, 망초, 산화철, 산화코발트, 셀레늄, 산화구리, 산화 티타늄 등을 사용하였고, 하기 실시예/비교예에 언급한 목표 조성이 얻어지도록 배합 조절한 유리 배치(batch)를 가스로/전기로를 이용하여 용융 시켰다. 유리 조성에 있어 착색제를 제외한 모유리 조성은 중량% 기준으로 SiO₂ 71.2%, Al₂O₃ 0.95%, CaO 9.8%, MgO 3.8%, Na₂O 13.9%, K₂O 0.15%, SO₃ 0.2 % 로 구성되는 소다라임 유리 조성을 사용했다.

상기 모유리 조성 100중량%를 기준으로 실시예/비교예에서 언급한 착색제 함량을 투입하였으며, 이렇게 제조된 유리는 흑연판을 이용하여 캐스팅 성형 후 샘플 유리를 4mm 두께로 가공하여 물성을 평가하였다.

유리 조성의 화학적 조성 분석은 Rigaku사의 3370 X-ray 형광분석기(XRF)를 이용하여 진행하였다.

광학적 특성은 다음 설비를 이용하여 측정하였다.

가시광 투과율은 HUNTER LAB colorimeter을 이용하여 1931년 CIE Yxy/2도 시야(광원 A)에 의해 측정되었다.

태양광 투과율 및 자외선 투과율은 VARIAN사 Cary-500 spcetrophotometer를 이용하여 KSL 2514와 ISO 9050 규격에 따라 측정하였다.

주파장 및 색순도는 HUNTER LAB colorimeter을 이용하여 1931년 CIE Yxy/2도 시야(광원 C) 에서 측정하였다.

잔류기포의 경우 1450℃에서 1시간 용융 후 유리 내부의 기포를 현미경으로 관찰한 후 동일 중량에 존재하는 기포 개수를 평가하였다.

열전도도 감소에서 기인한 유리 용융물의 온도 감소로 인해 용융공정이 악화되는 것을 평가하기 위해 상술한 t = to (1-Aτⁿ) 식을 이용하여 유리 유리 용융물 표면과 내부 온도의 차이를 계산하였다. 유리 용융물의 표면 온도를 1600℃로 가정하였다. 즉, 이러한 조건에서 실시예 및 비교예의 철분 함량에 따른 유리 용융물 표면온도와 1m 깊이의 유리 용융물 내부 온도와의 차이를 나타낸 값이다.

각 유리의 조성성분 및 측정된 물성값은 하기의 표 2에 기술하였다.

표 1에 기재된 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 3 에 따라 제조된 유리 시편의 가시광 투과율(T_vis), 태양광 투과율(T_sol), 자외선 투과율(T_uv), 주파장(D_w), 및 자극순도(P_e)는 상술한 방식을 통하여 측정하였다. 비교예 1 ~ 2 은 종래 기술로 제조된 회색 소다라임 유리의 대표적인 조성이며, 비교예 3은 본 발명의 조성범위 중 총 Fe₂O₃, CoO 및 Se함량은 만족하나 CuO를 사용하지 않은 경우이다.

상기 표1에서 나타낸 것처럼 실시예 1 ~ 6의 조성으로 제조된 유리의 경우 총 Fe₂O₃의 범위 역시 1.1 중량% 이하로 유지되고 있으며, 착색제의 조정을 통하여 주파장, 및 색순도 역시 회색조를 만족하고 있다. 또한 가시광 투과율을 20% 미만으로 유지함으로써, 회색조 소다라임 유리의 중요 특성인 사생활 차단기능 역시 유지되는 것으로 확인되었다.

비교예 1 ~ 2는 종래의 기술로 제조된 회색 소다라임 유리들로 철분 함량이 높은 수준으로 유지되고 있으며, 실시예 1 ~6 과 동일한 가시광 투과율을 보이는 것으로 확인되었다. 이러한 특성을 볼 때 사생활 차단 기능은 동등 수준이라 판단되나, 동일 용융온도/용융시간에 따른 잔류 기포의 수가 증가하는 경향이 확인되었으며, 이러한 문제점은 상술한 바와 같이 열전도도 감소로 인한 영향이라 판단된다.

또한 비교예 1~2에서 알 수 있듯이 철분 증가에 따른 유리 용융물 표면과 내부의 온도 차이는 205 ~ 209℃ 수준으로 실시예와 대비하여 24 ~ 39℃ 이상 더 하락하는 것을 알 수 있다. 이러한 유리 용융물의 온도 감소는 기포 결함 및 미용융 결함 등의 문제점을 유발시켜 유리 용융공정을 악화시킬 수 있다. 따라서 이러한 온도 감소으로 인한 부작용을 극복하기 위해서는 연료 사용량 증가가 필연적이며, 이로 인한 제조비 상승 및 가스 배출량 증가가 유발되는 단점이 있다.

또한 비교예 3에서는 실시예와 유사한 착색제 함량을 투입하였으나 CuO를 사용하지 않은 경우를 비교하였다. 이러한 경우 잔류 기포의 수는 유사한 수준으로 나타났으나, 가시광 투과율이 23% 수준으로 증가하는 경향이 확인되었으며, 이는 회색 소다라임 유리에 핵심 특성인 사생활 차단 기능이 저하되어 자동차 유리, 건축용 유리에 적용이 제한적일 수 있다.

본 발명은 총 총 Fe₂O₃ 함량을 감소시키고, 신규 착색제인 CuO를 사용함으로써 가시광 투과율의 증가 없이 회색 소다라임 유리 조성을 개발할 수 있었다. 이러한 개발을 통하여, 종래 기술에서 문제가 되었던 높은 철분 함량에 기인한 열전도도 감소, 용융 부하 문제를 완화시켰으며, 이에 기존 유리 용해로에서 생산이 보다 용이한 조성을 개발할 수 있었다.

Claims (5)

1. SiO₂ 65 ~ 75 중량%, Al₂O₃ 0.3 ~ 3.0 중량%, Na₂O+K₂O 10 ~ 18 중량%, CaO 5 ~ 15 중량%, 및 MgO 1 ~ 7 중량%를 포함하는 소다라임 모유리; 및

   상기 모유리 100 중량%에 대하여 총 Fe₂O₃ 0.75 ~ 1.1 중량%, CoO 0.019 ~ 0.035 중량%, Se 0.001 ~ 0.005 중량%, CuO 0.002 ~ 0.05 중량%, 및 TiO₂ 0 ~ 0.5 중량%를 함유하는 착색제;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 회색 소다라임 유리 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 총 Fe₂O₃ 중 FeO 함량 비율이 10 ~ 30 중량%인 것을 특징으로 하는 회색소다라임 유리 조성물.
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 유리 두께4mm 기준으로 가시광 투과율이 20% 이하이고, 태양광 투과율이 26% 이하이며, 자외선 투과율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 회색 소다라임 유리 조성물.
5. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 주파장이 480~580nm이고, 자극순도가 0.1 ~ 10%인 것을 특징으로 하는 회색 소다라임 유리 조성물.