Jurnal f the Krean Ceramic Sciety Vl. 48, N. 1, pp. 46~51, 011. DOI:10.4191/KCERS.011.48.1.046 Develpment f Ceramics Bdy using Waste Bne China JeaIl Lee, YngSek Lee, and ByungHa Lee Department f Ceramic Engineering, Myngji University, Yngin 44978, Krea (Received Octber 6, 010; Revised Octber 0, 010; Accepted Nvember, 010) s ù y w» Á Á w w œw (010 10 6 ; 010 10 0 ; 010 11 ) ABSTRACT The influx f Western culture and the fd culture have altered the tableware f Krea, increasing the amunt f using tableware. The representative tableware is knwn as bne china. Cnsidering nt nly the amunt f bne china waste generated frm brken tableware at hmes and but als faulty bne china prducts at factries, the bne china waste dispsed in simple landfills is t be a serius envirnmental prblem t slve. In this study, fllwing the research n develpment f ceramics bdy using waste celadn f which the pssibility was cnfirmed, develpment f ceramics bdy is cnducted by recycling waste bne china. Frm the result f the study, it was understd that maximum additin f waste bne china was 0% f the whle material n the basis f measurement f plasticity. S 0% f pulverized bne china was added and the characteristics were evaluated, and the result was that prsity, water absrptivity and plasticity were 0.756%, 0.339% and 4.13%, respectively. Bending strength was 67 kgf/cm, which shwed a gd sintering cnditin. Therefre, it was cnsidered that waste bne china culd be utilized fr develpment f new prcelain material. Key wrds : Recycling, Waste, Bne china, Ceramics bdy 1.» w ù w y ù s š. w y ƒ q š ù ù œ œ w w ù w s»ƒ wš. w ù t š, q ù ù, y wš, w š ƒw y š. w s» w y w wš w š. l»» x Crrespnding authr : ByungHa Lee Email : lbh@mju.ac.kr Tel : +8313306461 Fax : +8313306457 111) ƒ w š, p y w,» w ƒ y š ù, ù, s» w y, y w w k. s» w» ƒ y w ù q» y w» 1) q» y w» 13) ü š s ù» y w» ww š w. s ù w» w w w y w w y, p» y» z q.. x.1. w s ù 46
폐본차이나를 활용한 도자기 소지 개발 Chemical Cmpsitins f Raw Materials fr Standard Pttery Bdies (wt%) NaO CaO MgO TiO Materials KO China Clay 0.6700 0.3100 0.100 0.1900 0.300 NZKalin 0.0500 0.0600 0.0700 0.6000 0.0800 Teabeck Pttery Stne 1.8617 0.1876 0.5947 0.515 0.050 Buye Quartz 0.0100 0.0300 0.000 0.0100 Buye Feldspar 3.7054 5.1963 0.448 0.016 Alumina 47 Table 1. Chemical Cmpsitins f W.B. (wt%) SiO AlO3 FeO3 W.B. 3.83 17.38 0.3 FeO3 0.8300 0.800 0.4445 0.0330 0.011 AlO3 30.4800 35.8000 14.8607 0.0600 1.5509 99.657 SiO 55.0500 5.000 8.9493 99.3600 77.8674 Ig.lss PO5 1.57 Ig.lss Table. Fig. 1. CaO 5.81 Particle size distributin analysis f waste W.B after ballmilling. 내에서 시판되고 있는 중국점토, 뉴질랜드카올린, 태백도 석, 부여규석, 부여장석, 알루미나로서 행하였다. 사용되어 진 출발원료에 대한 성분 분석 결과를 Table 1에 나타내었다. 폐본차이나(W.B.: Waste Bne China)는 국내에서 생산 되고 있는 본차이나 제조업체에서 공정상 결함으로 인해 폐기된 폐본차이나를 수거하여 사용하였다. Table 에 수 거된 폐본차이나의 성분 분석 결과를 나타내었다. 우선 수거된 폐본차이나는 프래트밀(Flat Mill)과 볼밀(Ball Mill) 로서 분쇄하여 35 mesh 표준체에 전통시켜 미분체로 제 조한 후 소지조합에 첨가하는 실험에 사용하였다. 분쇄된 폐본차이나 분말의 입도분포를 입도분석기(SALD7101, Shimadzu, Japan)로 확인한 결과, Fig. 1에 보인 바와 같이 MgO 0.75 Fig.. KO 0.8 NaO 0.3 XRD pattern f waste W.B. 0.4~40 µm의 입도를 나타내었으며, 이때의 평균입도는 9 µm 였다. 또한 분쇄한 파도자기의 결정상을 확인하기 위해 X선 회절분석(XRD7000, Shimadzu, Japan)을 행한 결과, Fig. 에서와 같이 주결정상은 Ca Mg P O 가 존재하는 것이 관찰되어졌다. 여기에서 관찰된 결정질 뿐만 아니라 첨가되어 있는 유약 등의 유리질 성분이 결정생성 및 성 장에 영향을 미쳐 소결밀도 향상 및 강도증진 등의 물성 측면에서 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단되어, 폐 본차이나 또한 도자기용 원료로서 사용 가능성이 있다고 판단되었다. 본 연구에 있어 조합되어진 조성은 Table 3과 같다. Mineral Cmpsitins f Standard Bne China Bdies (wt%) Materials China Clay NZKalin Teabeck Pttery Stne Buye Quartz B1 B 6 33 35 0 B3 B4 7 6 4 Table 3. Buye Feldspar Alumina 4 W.B. 10 0 30 40 제 48 권 제1 호(011)
48 Á Á w.. x..1. w s ù y w w» w» x q ù 30% ƒw, w ù» xk ƒ y wš,» w ³ ù ƒ jš yw š, ƒ y» w e m ƒ k w, ƒ, w y w l y wš» w Table 3 s ù y e, yww. z 16~18% ƒ w z, 7 w xr w.... r x ƒ w, yw p d w» w šx w xr w. d 6 45 8mm x(bar Type), d φ5 4mm x(disc Type) xr xw š, w y d 30 130 8mm x(bar Type) xr ƒƒ xw...3. xw xr { ù, ƒ w» w 4, 7 k z,» ww. g p vƒ (Silicnite muffle Furnace) w ~900 C¾ 5 C/min, 900 C 1180~140 C¾ 3C/min w. z 1 w z þƒw..3. p.3.1. ƒ x ƒ t x w ƒ p t w. ƒ d w, r r f (Pfeffer Krn Methd) w 1,19 g 186 mm 38 mm, 40 mm x x w x z x a wš X, w Y t w aƒ 3.3 w ƒ e w eƒ j ƒ. x 38 mm, 40 mm p w km š ü x š z d w a w X v t wš, d óù km d w Y v t w. w km ƒw wš, 3 d w a w d w v t w a X v 3.3 ¾ d w ƒ e w..3.. DTTG ƒ w w,, y w» w DT TGA(DTG60H, Shimadzu, Japan) 100 C¾ w w..3.3. SEM d ƒ w r wš, ƒ xr q SEM(SS550, Shimadzu, Japan) w..3.4. d»» w x z p,»œ, p w. xr,»œ,» d KS L3114 w, KS L4004 d» d w. w y d xr { d w w, d UTM(MKS TypePP650D, Scientific Instrument, JAPAN) 3 x d w. 3. š 3.1. ƒ d yww w w ƒ d, rr f (Pfeffer Krn methd) w d wwš Fig. 3 ùkü., B1 : 4.68%, B : 4.13% B3 : 3.65%, B4 : 3.54% ùkü q» ƒ ƒ ƒ w, XRD s ù ƒ CaMg PO 4 ƒ ww» ƒ. w, t ƒ m ƒ d 36.40%, m 36.45%, Snw Bne China 8.18%, ƒ 6.5% w û e ù, B ¾ x w t x j. ù ƒ d 3% w B3 x š, x ƒ wù B4 x w q» ƒ w 0% š q. w wz
s ù y w» 49 Fig. 3. Result f measurement f plasticity by Pfeffer Krn Methd. Fig. 5. Drying shrinkage rate and firing shrinkage rate f each cmpsitins. Fig. 6. Prsity and water absrptin rate f each cmpsitins sintered at 100 C. Fig. 4. DTTG curve f standard bne china bdy. 3.. DTTG s ùƒ ƒ ƒ p y y w» w DTTG wwš, B Fig. 4 ùkü. 0 C 450 C» w w vj ƒ y 1000 C s ù ƒw» ü p vjƒ» w š. 3.3. d 3.3.1.»» d Table 3» s ù ƒw z, d wš, Fig. 5 ùkü. d w ƒ sww B1 l B4 ƒ ƒ w w ùk ü. w, ƒ 100 C w z d w B1 l B4 s ù ƒ ƒ ƒw w. s ù e m P O 5 ƒ w ƒ wš, ù. ƒ 100 C w z,»œ d w Fig. 6 ùkü.»œ, B1 : 0.764% B4 : 0.630%, 48«1y(011)
이제일 이용석 이병하 50 Fig. 7. SEM phtgraphs f each cmpsitins sintered at 100C. Fig. 8. Bending strength f each cmpsitins sintered at 100C. 의 경우에도 B1 : 0.347%로부터 B4 : 0.8%로 수축율의 평가에서와 같은 이유에 의해 폐본차이나 분말 첨가량의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 3.3.. SEM 분석 기공률 및 흡수율의 변화에 대한 이유를 확인해 보고 자, 100 C로 소성한 시험편의 미세구조를 관찰하고, 그 결과를 Fig. 7에 나타내었다. 다수 기공들이 관찰되어지 던 B1에서부터 폐본차이나 첨가량이 증가함에 따라 큰 변화는 없었으나 폐본차이나 분쇄분이 40% 첨가된 B4 에서는 기공이 감소하였다. 소지 상태에서는 소결이 진행 되어서 과 소성되어 지고 있다. 3.3.3. 굽힘강도 및 하중연화 다음으로 100 C로 소성한 각 조성에 대해 굽힘강도 측 정을 행하고 그 결과를 Fig. 8에 나타내었다. B1 조성의 굽힘강도값은 656 kgf/cm 를 나타내었고, B 조성은 67 kgf/cm 으로서 본 실험범위에서는 가장 높은 강도값 을 보였다. 이후 30% 이상의 폐본차이나가 들어간 B3와 B4 조성에서는 각각 660 kgf/cm, 635 kgf/cm 으로 측정 되어 앞서 측정한 물성평가 결과에서와 같이 유리상의 증 가가 강도의 저하에 기인한 것이라 판단되었다. Fig. 9는 1180~140 C의 온도에서 각각 소성한 시편에 대해 하중연화 측정을 행하고, 그 측정 결과를 나타낸 것 으로서, 일반적으로 4~6 mm 정도의 변형률을 가진 소지 까지는 제품 생산이 가능하다는 점을 감안하면, 100 C 소성의 B의 경우 3.8 mm의 변형률로 충분히 도자기 생 산에 적용 가능하다고 할 수 있다. 또한 100 C의 B3와 10 C의 B까지도 사용 가능한 변형수치로 나타났다. 따라서, 도자기로서 적용 가능한 하중연화 측정치를 나타 낸 폐본차이나 첨가 소지를 이용하면, 기물의 변형이 적 Fig. 9. 한국세라믹학회지 Result f lad testing f each cmpsitins at varius temperature. 어, 직접 소성에 의한 가마재임에서의 공간 활용의 효율 성을 높일 수 있고, 불량률의 저하 및 소성온도를 낮추어 에너지 절약할 수 있다는 등의 장점이 있어, 폭넓은 활용 을 기대할 수 있을 것으로 생각된다. 4. 결 론 폐본차이나 분쇄분을 사용하여 새로운 재활용 도자기 소지의 개발에 대한 실험 결과, 다음과 같은 결과를 얻었다. (1) 본 실험범위에 있어, 폐본차이나가 첨가된 전 조성 에 걸쳐서 기존 본소지의 소성온도 보다 낮은 온도영역 인 100 C 영역에서 소성이 가능하였다. 이는 폐본차이나 분쇄분 중에 포함되어 있는 유약성분과 폐본차이나의 CaO 와 P O 성분으로 인하여 소성 시 온도를 낮추는 역할을 하였기 때문이다. 5
() x, s ù w» y w ƒ d ƒ w 0% š q. s ù 0% ƒ B, 100 C w xr d,»œ 0.756%, 0.339% yw ùkü, 67 kgf/cm. (3)» s ù j w, ƒ z y w» y». REFERENCES 1. F. Andrela, L. Barbieri, A. Crradi, I. Lancelltti, and T. Manfredini, Utilisatin f Municipal Incineratr Grate Slag fr Manufacturing Prcelainized Stneware Tiles Manufacturing, J. Eur. Ceram. Sc., [910] 14576 (00).. I. Agte, A. Odrizla, N. Gutierrez, A. Santamaria, J. Quintanilla, P. Cupelle, and J. Sares, Rhelgical Study f Waste Prcelain Feedstcks fr Injectin Mulding, J. Eur. Ceram. Sc., 1 [16] 84353 (001). 3. R. R. Menezes, H. G. Malzac Net, L. N. L. Santana, H. L. Lira, H. S. Ferreira, and G. A. Neves, Optimizatin f Wastes Cntent in Ceramic Tiles using Statistical Design f Mixture Experiments, J. Eur. Ceram. Sc., 8 [16] 30739 (008). 4. R. R. Menezes, H. S. Ferreira, G. A. Neves, H. L. Lira, and H. C. Ferreira, Use f Granite Sawing Wastes in the Prductin f Ceramic Bricks and Tiles, J. Eur. Ceram. Sc., 5 [7] 114958 (005). 5. F. A. C. Oliveira, V. Livrament, and F. Delmas, Nvel s ù y w» 51 MulliteBased Ceramics Manufactured frm Inrganic Wastes. I. Densificatin Behaviur, J. Mater. Prcess. Tech., 196 [13] 1018 (008). 6. J. O. Hng, S. G. Kang, K. G. Lee, Y. T. Kim, Y. J. Kim, J. H. Kim, and M. S. Park, Characteristics f Sintered Bdies Made frm the System f Paper Sludge AshFly Ash Clay(in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 38 [10] 90813 (001). 7. S. W. Lee, H. J. Kim, and E. H. Kim, Cntrl f Permanent Shrinking f Recycled Castable Refractries frm Waste Refractries f Al O 3 SiO (in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 9 [1] 15 (199). 8. A. Kara and R. Stevens, Characterisatin f Biscuit Fired Bne China Bdy Micrstructure. Part II : Transmissin Electrn Micrscpy(TEM) f Glassy Matrix, J. Eur. Ceram. Sc., [5] 73743 (00). 9. A. Kara and R. Stevens, Interactins Between an ABS Type Leadless Glaze and a Biscuit Fired Bne China Bdy During Glst Firing. Part I: Preparatin f Experimental Phases, J. Eur. Ceram. Sc., [7] 109510 (00). 10. A. Kara and R. Stevens, Interactins Between an ABS Type Leadless Glaze and a Biscuit Fired Bne China Bdy During Glst Firing. Part II : Investigatin f Interactins, J. Eur. Ceram. Sc., [7] 11031 (00). 11. A. Kara and R. Stevens, Interactins Between an ABS Type Leadless Glaze and a Biscuit Fired Bne China Bdy During Glst Firing. Part III : Effect f Glassy Matrix Phase, J. Eur. Ceram. Sc., 3 [10] 16178 (003). 1. J. I. Lee, Y. S. Lee, and B. H. Lee Ceramics Bdy Develpment Using Waste Whiteware(in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 43 [10] 6634 (006). 13. J. I. Lee, J. S. Park, Y. S. Lee, and B. H. Lee Develpment f Ceramics Bdy using Waste Celadn(in Krean), J. Kr. Ceram. Sc., 46 [6] 608 (009). 48«1y(011)