법랑의 기술과 그 동향

법랑의 기술과 그 동향
1. 들어가며
법랑은 유리와 금속의 조합에 의한 전통적인 복합재이다. 그 역사는 기원전까지 거슬러 올라간다. 단순한 구성임에도 불구하고 장수한 재료이다. 그 이유는 단순한 대신 기능이 우수하기 때문이라고 생각된다. 한편, 이 기능의 코스트 퍼포먼스의 좋은 점이 법랑의 공학적 발전을 방해한 측면도 있다.
유리를 이용한다는 점에서 세라믹스 분야의 한 축을 이루고 있다. 유리는 플리트라고 불리는 분말상으로 쓰이기 때문에 일반 유리와 의도가 다른 부분을 가지고 있어, 유리 연구의 주류에서 떨어진 듯한 느낌도 있다. 또 플리트라는 상태를 보면 도자기 분야와 상당히 가깝다고 할 수 있다. 그러나 유리에 요구되는 기능은 상당히 다르다. 또한 유리와 금속이라는 물성과 연구이념, 수법 그리고 평가방법 등 공학적으로 매우 다른 물질을 취급하게 되어 그 종합화는 상당히 곤란하다. 이러한 점도 연구의 발전을 방해하고 있는 이유 가운데 하나라고 생각된다.
또 유리와 금속의 생산규모, 기업규모의 큰 격차도 연구의 종합화를 방해하고 있다. 이렇게 법랑부회의 복잡성은 부회원을 구성하는 법랑공업의 기업상관을 정리한 그림 1을 보면 이해에 도움이 될 것이다. 그리고 이 복잡성이 개발이나 연구에 반영되고 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 금속 메이커와 플리트 메이커는 각각 독립된 기술과 노하우 등을 보유하고 있는데, 직접적으로 연결되는 일은 적다. 법랑 메이커에는 플리트 생산능력을 가진 메이커도 존재하지만 그림처럼 금속가공과 유리가공 기업으로 생각하는 편이 이해하기 쉽다. 따라서 법랑 메이커가 법랑에 관한 연구 및 기술의 주도권과 종합화를 담당해야 하지만 그것이 실현되지 못하고 있다. 이 모순을 극복하는 것이 법랑의 공학적 연구를 발전시키기 위한 중요한 과제일 것이다. 또한 법랑은 일반법랑과 글라스 라이닝이라고 불리는 두 분야로 나눌 수 있다. 일반법랑은 전통적 법랑의 계보를 잇는 것으로 냄비로 대표되는 가정용 법랑으로 정의할 수 있다. 글라스 라이닝은 내화학성과 내열성 등 일반법랑보다 우수한 성능을 가져 공업적 용도로 사용할 수 있게 한 법랑으로 고급법랑 혹은 공업용 법랑이라고 정의할 수 있을 것이다. 약간 대담한 분류를 시도한다면 전자는 유약의 결합제에 점토를 사용하고, 후자는 합성결합제를 사용하는(비점토) 차이가 있다고 생각할 수 있을 것이다. 이 차이가 법랑의 성능, 기능 등의 정도차(精度差), 신뢰성 차이로 나타나고 있다고 생각되며, 요구되는 성능, 기능의 한계를 스스로 결정할 가능성이 높다. 이 경계는 기술적으로 분리되는 방향에 있다.
법랑은 앞서 기술한 것처럼 전통이 있다는 것으로 쉽게 예상할 수 있듯이 중국을 대표로 하는 아시아 지역 메이커와의 경합이 극심하다. 특히 저가격품의 경우는 승부가 난 듯한 느낌이 있다. 법랑의 성능으로서는 국산품이 우수한데, 그 차이를 소비자가 이해하는 단계에는 이르지 못하고 있다. 한편, 법랑을 생활문화 속에 완전히 흡수시키고 있는 유럽과는 달리, 생활문화 속에서의 법랑위치의 취약함이 느껴진다. 일본 독자의 생활문화로서의 법랑의 위치를 정확하게 하는 노력이 한층 더 필요하다.
이러한 법랑을 둘러싼 구조 및 배경을 이해하고 다음 연구기술동향을 읽으면 이해가 더 빠르리라고 생각한다.
2. 법랑의 기초연구
법랑의 기초연구는 가장 뒤쳐진 분야로 연구의 본질 부분이다. 반응면과 물성면의 검토가 이루어지고 있다. 반응면에서는 유리와 금속 반응의 해명이다. 그리고 그 보편화가 이루어지면 법랑에 대한 신뢰성의 비약적 향상과 새로운 법랑의 개발설계가 쉬워지리라 기대된다. 철에 관해서는 서서히 연구가 이루어지고 있다. 법랑의 부재로서의 용도를 확대하고 신뢰성을 향상시키기 위해 설계상 불가결한 계면강도를 포함한 강도 평가면에서의 연구도 서서히 진행되고 있다. 이런 종합화의 시점에 필요한 기초적 연구에 대해서는 앞에 기술한 공업계의 구도에서는 법랑 메이커가 리더십을 발휘하기는 곤란하다. 연구를 실시할 수 있는 기관은 대학 등 공적 연구기관, 금속 메이커, 플리트 메이커 순서가 될 것이다. 법랑을 연구하는 공적 연구기관의 수를 늘이는 노력이 필요하다. 어떤 경우든 연구에 필요한 정보가 개시되는 것이 조건이 될 것이다. 또 성과도 공개될 필요가 있다. 이런 공동연구를 추진하고 매니지먼트하는 조직으로서 법랑부회의 중요성이 점점 더 요구되게 될 것이다.
3. 법랑 메이커의 노력
법랑 메이커는 단독으로 가능한 기술분야에 노력을 집중시키고 있다. 생산 원가의 삭감과 제품의 차별화이다. 생산원가 삭감에 대해서는 다양한 노력이 지속되고 있다. 예를 들면, 생산라인의 기계화, 자동화, 다품종 생산이 가능한 유연한 라인의 구축, 에너지 절약 라인의 설계 등을 들 수 있다. 그 중에서도 법랑은 본래 하유(下釉)와 상유(上釉)가 필요하며, 두 번 걸기(掛け) 두 번 굽기가 기본이다. 플리트 메이커가 참가하여 한 번 걸기 한 번 굽기 기술이 가능해지고 있다. 환경문제를 시야에 두고 금속의 전처리와 유약의 합리적인 도포공정 등이 검토되고 있다.
4. 금속 메이커의 노력
금속 메이커의 품질관리 수준과 법랑 메이커의 수준을 비교하면 필자는 두 자릿수 이상의 차이를 느낀다. 그럼에도 불구하고 금속의 차는 현저하게 법랑에 나타난다. 법랑의 보다 합리적인 생산을 위해 금속 메이커의 연구노력이 필요한 것이다. 또 알루미늄을 표면에 도금한 강판 같은 복합금속재료의 개발이나 스테인리스, 티탄 등 법랑용 금속종이 늘어나는 추세에 있다는 점에서 금속 메이커의 노력이 기대된다. 아마도 플리트 메이커와의 공동작업이 불가결할 것이다. 또한 환경문제의 면에서 법랑의 재자원화에 관한 연구도 금속 메이커가 리더십을 발휘하게 될 것이다.
5. 플리트 메이커의 노력
플리트는 법랑 메이커의 자제(自製)가 기본이었는데, 플리트 생산규모의 증대와 품종의 확대, 생산원가의 저감, 플리트의 복잡화 등의 요인으로 분업화와 전문화가 진행되고 있다. 이 상태에서도 플리트 메이커의 법랑에 관한 기술에 대한 책임은 늘어났다고 생각할 수 있다. 동시에 공평성과 공개성이 요구될 것이다. 법랑에 요구되는 기능의 반 이상은 유리 측의 기능이다. 플리트 메이커는 금속 메이커와 보다 밀접한 관계를 구축하여 기술력을 높이고, 법랑 메이커에 대한 기술지도력을 증대시킬 필요가 있고, 또 그것이 요구되는 시대가 올 것이다. 환경문제에 있어서는 유리 제조 시의 배출물에 관한 대응과 유해물질과 규제물질을 포함하는 플리트 조성의 재검토가 필요하다.
6. 법랑의 신제품
① 항균법랑
플리트에 은을 포함시키거나 상유에 은화합물 등을 첨가하여 항균작용을 갖도록 설계한 일반 법랑이다. 은의 항균작용을 이용하고 있다. 금속에는 알루미늄을 도금한 강판을 이용하고 있다. 병원이나 식품공장, 환경 크린룸 등의 벽면재료로 사용되기 시작하였다. 앞으로는 항균작용에 주목한 새로운 용도가 확대되리라 기대를 모으고 있다.
② 광촉매 법랑
항균법랑과 만드는 방법을 비슷하다고 생각된다. 광촉매 효과를 갖는 이산화티타늄(아나타제)를 상유에 첨가하여 만든 일반법랑이다. 금속에는 ①과 같은 알루미늄 도금 강판이 사용되고 있다. 광촉매 작용에 의한 분해반응으로 더러움을 분해한다는 점에서 오염방지를 목적으로 한 옥외용도가 제안되고 있다. 건물의 외장, 도로의 교각부분, 간판 등의 이용이다. 모두 청소를 생략할 수 있는 멘너터넌스 프리 부분이다.
③ 표면평활법랑
표면평활법랑은 미크로 오더에서의 표면평활성을 실현한 일반법랑이다. 유리 표면의 요철이 상유 첨가 결정이나 플리트에서 석출하는 결정이라고 하는 생각에서 법랑의 가장 바깥쪽 표면을 완전히 유리만으로 함으로써 실현했다. 표면을 매끄럽게 함으로써 오염기능을 얻을 수 있었다. ②와 마찬가지로 멘터넌스 프리를 목적으로 하고 있다. 욕조 등으로 실용화되어 있다.
④ IH용 법랑용기
최근 안전성과 효율면, 크린성 등에서 유전가열(IH가열) 방식의 조리기구가 주목을 받고 있다. 또한 고출력화도 실현하여 급속한 보급이 기대되고 있다. 유도가열은 고주파 전류에 의해 용기의 바닥이나 벽에 과전류(유도전류)를 발생시키고, 그 줄(joule)열에 의해 가열하는 것이다. 이때의 조리용기로서는 자력을 빼놓을 수 없다. 자석에 부은 금속용기의 효율이 우수하다. 따라서 일반법랑용기는 가장 좋은 용기 가운데 하나이다. 단 종래의 법랑용기보다 유리층의 균일성과 유리의 고성능화가 필요하다. 한편, 장치기술의 개선으로 알루미늄이나 구리 용기의 가열도 가능하게 되었다. 법랑용기가 어떻게 대응해 나갈 것인가 흥미로운 부분이다.
⑤ 법랑기판
법랑은 도체(금속)과 절연체(유리)의 조합이므로 전자기판으로서의 소질을 가지고 있으나 신뢰성이 높은 것이 좀처럼 실현되지 않았다. 플리트를 알칼리 프리로 함으로써 전기절연성을 높여 후막회로형성을 위한 반복 소성에 견딜 수 있도록 결정화 유리로 함으로써 내열온도를 1000℃로 하고, 알루미나 기판용 후막 페이스트를 유용(流用)할 수 있게 하였다. 또한 슬립의 도포방법에 영동전착법(泳動電着法)을 이용, 절연성이 높고 균일한 유리막을 만들었다. 이러한 기술은 일반법랑보다 고도한 기술이다. 자동차용 저항회로기판 등으로 실용화하고 있다.
⑥ 스테인리스 법랑
스테인리스를 금속기재로 한 글라스 라이닝이다. 철(鐵)용 플리트와 다른 플리트가 필요하다. 여기에는 몇 가지 개발목적이 있다. 하나는 극저온용 용도이다. 철을 기재로 한 글라스 라이닝에서는 -45℃ 정도밖에 견디지 못하지만 -196℃까지 사용이 가능하게 되어 의약품, 정밀화학품 등의 합성분야에서 이용되고 있다. 두 번째 목적은 철을 기재로 한 글라스 라이닝의 외측은 철의 녹을 방지하기 위해 도장 등이 실시된다. 이것이 생산관리상 문제가 되는 식품공업이나 화장품 공업 등의 분야에서 이용되기 시작했다.
⑦ 정전기 대전방지 법랑
법랑의 글라스 부분의 체적저항을 줄임으로써 정전기의 대전을 방지하는 것을 목적으로 한 글라스 라이닝이다. 통상의 글라스 라이닝은 글라스측의 체적저항이 1012~1014Ω·cm3인데, 상유 중에 직경 수 미크론의 백금섬유를 균일하게 분산시킴으로써 1010Ω·cm3 이하로 할 수 있게 되어 글라스 라이닝의 대전을 방지할 수 있다. 이로써 벤젠이나 섹산 등의 유기용매를 이용하는 화학반응에서의 정전기의 대전에 의한 폭발사고를 방지할 수 있는 등이 기대되고 있다.
⑧ 법랑의 재자원화
법랑(철법랑)의 재자원화는 현 단계에서도 법랑을 구성하는 90%의 철을 재자원화할 수 있다. 나머지 10%에 상당하는 유리의 재자원화 문제도 이미 검토가 진행되고 있다. 따라서 법랑은 환경에 친화적인 재료로서의 매력을 강하게 어필할 필요가 있다.
법랑은 용사나 리드선의 봉지(封止)기술 등에 공통점을 가진다. 이러한 타 분야와의 공통시점을 가지고 앞으로 연구를 진행할 필요가 있다.

(Ceramics Japan)淸水紀夫 / 千葉工業大學工學部生命環境科學科

- 월간세라믹스 11월호 자료내용