도자기 소지로서 국내외 고령토 광물의 물성

Properties of Kaolinite as a Raw Material for Porcelain

본 연구에서는 도자기용 소지에 사용되는 고령토 광물의 물성 및 이로부터 제조된 소지의 품질을조사하였다. 국내시장에 유통되고 있는 도자기용 고령토 중 경북 성주군에 소재하는 제품과 베트남과 중국에서 수입되고 있는 고령토 3종을 선택하여 비교 평가하였다. 화학분석 결과 국내 고령토의경우에는 SiO2, Al2O3 함량이 순수한 카올리나이트 이론치에 가까운 해외 고령토와 달리 이론치보다낮게 함유되어 있는 대신에 불순물로 CaO, K2O, Na2O을 포함하는 장석질이 비교적 많이 함유되어있음을 알 수 있다. 도자기의 색상을 좌우하는 철분(Fe2O3)의 함량에 대해서는 일반적으로 1% 내외로중국산이나 베트남산(0.5% 이하)에 비하여 백색도가 상대적으로 떨어짐을 알 수 있다. X-선 리트벨트(Rietveld) 정량분석을 통하여 원료광물에 존재하는 결정상의 종류와 상대비를 분석한 결과에 따르면원료 물질 모두 kaolinite와 muscovite가 주요 결정상(main phase)으로 확인되었다. 중국산 원료(KM-85)의 경우 halloysite가, 베트남산 원료(LKC-60)에서는 quartz, 중국산 원료(KC-009)는 gibbsite, 성주 고령토 WA는 andesine이 5 wt% 이상 함유된 것이 뚜렷한 차이로 나타났다. 성주 고령토의경우 주로 kaolinite와 muscovite만으로 구성되어 있는 석으로 밝혀졌다. 입도분석 결과에 따르면베트남산(KM-85)이나 중국산(LKC-60, KC-009)에 비하여 국내 고령토(WA)는 50 ㎛이상의 굵은 입자가 높은 비율로 나타나며, 2 ㎛이하의 작은 입자에 대한 누적분포도 낮은 것을 확인할 수 있다. 미세구조 분석결과에 따르면 베트남산(KM-85)나 중국산(LKC-60, KC-009) 고령토의 형상은 대부분 판상과 침상으로 이루어져 있어 가소성이 우수할 것으로 판단되나, 성주 고령토 WA, PA의 경우미립자들의 형상은 판상으로 이루어져 있으나, 조립자들은 덩어리 형태로 규석질 형상과 유사하게나타났다. 흡수율은 LKC-60 < KC-009 < KM-85 < PA < WA순으로 나타났으며 1250도에서 환원소성한 경우가 가장 낮은 흡수율을 보였다. 산화 소성체들의 색상을 비교하면 해외 고령토(KM-85, LKC-60, KC-009)에 비하여 국내 고령토(WA, PA)의 백색도가 낮음을 알 수 있다. 1200℃, 1250℃에서소성한 소성체에서 백색도의 인자인 L*값이 해외 고령토가 94 - 97%로 국내 고령토의 90 - 92% 보다 높은 것을 확인할 수 있다.

In this work, we investigated kaolinite raw materials from China, Vietnam, and Seongju (Korea) used for the manufacture of porcelain products in Korea. According to chemical analysis results, for the kaolinites from Seongju, SiO2, Al2O3 content is lower than those from China or Vietnam, which is close to theoretical values for pure kaoline, whereas more feldspar components containing CaO, K2O, Na2O are included as impurities. For the Fe2O3 content, governing whiteness of porcelain products, more iron oxide(~1%) is found in Korean kaolinites than those form China or Vietnam (<0.5%). Through X-ray Rietveld quantitative analysis, kaolinite and muscovite are found to be main phases for all the raw materials. Halloysite, quartz, gibbsite, andesine are found more than 5% for KM-85(china), LKC-60(Vietnam), KC-009(China), WA(Seongju). For kaolinite from Seongju, kaolinite and muscovite are main components. According to particle size measurement results, kaolinite from Seongju (WA) exhibits high proportion of large particles(>50 ㎛), compared to that from Vietnam (KM-85) and those from China (LKC-60, KC-009) as well as low cumulative distribution of small particle(<2 ㎛). According to microstructural analysis, kaolinites of KM-85, LKC-60, KC-009 show plate- or needle-type shape, which is beneficial to good plasticity, however, kaolinites from Seongju shows the shape of aggregated lump, which is similar to silica materials. Absorption rate is in order of LKC-60 < KC-009 < KM-85 < PA < WA, and the sample, sintered at 1250℃ in reductive atmosphere, exhibits the lowest absorption rate. Comparing the color of the sintered samples, kaolinites of KM-85, LKC-60, KC-009 show higher whiteness value than those of WA, PA. For the samples sintered at 1200℃ and 1250℃, L* values, representing whiteness, of the former are 94 - 97%, which is higher than that of the latter (82 - 91%).