옥수수대 폐기물을 활용한 청백자 유약 개발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to explore the feasibility of reproducing the coloration of traditional
blue-white porcelain glazes and expanding the use of sustainable materials by utilizing
corn stalk ash, an agricultural by-product generated in Goesan-gun, Chungcheongbuk-do.
Base glaze systems were formulated using feldspar–corn stalk ash–limestone and
feldspar–silica–corn stalk ash ternary compositions. Additional experiments using
lithium feldspar and nepheline syenite, along with Fe2O3 additive tests, were conducted
to investigate melting behavior and color variation.
In the base experiments, replacing silica with corn stalk ash served as a secondary
flux and chromophore stabilizer, resulting in transparent, stable blue-white coloration,
whereas replacing limestone produced matte surfaces and darker tones due to limited
fluxing behavior. Depending on the firing atmosphere (oxidation/reduction), the glaze
color spectrum expanded from yellowish-white to bluish-white and celadon-like
greenish-blue.
For the specimens (S1–S5) that exhibited the most stable blue-white visual results,
CIE Lab* colorimetry, XRD, and SEM-EDS analyses were performed. S3 achieved
the most balanced tone (L* 82.55, a* −4.42, b* 0.42), closely aligned with the
neutral axis, representing the most successful reproduction of the subtle and clear
aesthetic of traditional blue-white ware. Crystalline phase transitions (Wollastonite →
Quartz → Cristobalite → graphitic carbon → re-stabilized Quartz) contributed to
stabilized glass formation and improved clarity. SEM-EDS confirmed dense and
homogeneous glassy microstructures in S3–S5, resulting in high gloss, smooth surface,
and stable coloration.
Particularly, Fe2O3 contained in corn stalk ash (approx. 1.13 wt%) played a key
role as an intrinsic chromophore. The change in oxidation state of iron ions (Fe3⁺/Fe2
⁺), controlled by oxygen partial pressure (Po2) during firing, enabled subtle blue-white
hues without the intentional addition of external coloring oxides. Additionally, multiple
inorganic constituents (SiO2, Al2O3, CaO, K2O, Na2O) contained in the ash
contributed to improved melt fluidity, color stability, and surface quality compared with
single Fe2O3-doping approaches.
In conclusion, corn stalk ash is an effective functional raw material that
simultaneously contributes to coloration and glass-phase stabilization, while providing a
sustainable pathway for high-value resource recycling of agricultural waste. This study
provides practical and experimental evidence for the contemporary reinterpretation and
application of traditional blue-white porcelain glazes.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 충북 괴산 지역의 농업 부산물인 옥수수대 재를 도자 유약 원료로 활
용하여 전통 청백자 유약의 발색 재현 가능성과 지속 가능한 친환경 공예 소재로서
의 확장성을 검증하는 데 목적이 있다. 이를 위해 장석–옥수수대재–석회석 및 장
석–규석–옥수수대재 삼성분계 조성을 중심으로 기초 유약을 설계하고, 리튬장석
과 네펠린사이아나이트를 적용한 추가 실험, 그리고 산화철(Fe2O3) 첨가에 따른 발
색 확장 실험을 수행하여 용융 특성과 색 변화 범위를 종합적으로 검토하였다.
기초 실험 결과, 규석을 옥수수대재로 대체한 조성에서는 옥수수대재가 보조 융
제이자 발색 조절제로 기능하여 유리질화 및 청백 발색이 안정적으로 나타났으며,
석회석을 대체한 경우에는 제한적 융제로 작용하여 매트한 표면과 어두운 색조가
관찰되었다. 또한 소성 분위기(산화·환원)에 따라 황갈색–청록색–청자색으로 확장
되는 발색 스펙트럼이 확인되었다.
청백자 발색이 가장 안정적으로 나타난 시편군(S1–S5)을 대상으로 분광색차계
(CIE Lab*), XRD, SEM·EDS 분석을 실시 하였다.
분광색차계 분석 결과, 시편들은 황백–청백–순청백–맑은청백–밝은청백의 단
계적 색조 분포를 나타냈으며, 특히 S3은 L* 82.55, a* −4.42, b* 0.42로 가장 중
성축에 근접한 균형 잡힌 청백 발색을 구현하였다. XRD 분석에서는 Wollastonite
에서 Quartz 및 Cristobalite로 이어지는 SiO2계 결정상 전환을 통해 유리상 안정화
가 확인되었고, SEM·EDS 분석에서는 S3–S5에서 미세기공과 결정상이 거의 없는
조밀한 유리상 조직이 관찰되어 높은 광택과 표면 평활도를 나타냈다.
특히 옥수수대재 내 Fe2O3(약 1.13 wt%)는 소성 과정에서 산소분압(Po2)에 따라
철 이온의 산화상태(Fe3⁺/Fe2⁺) 변화에 관여함으로써 별도의 발색 산화물 첨가 없이
도 청백자 특유의 은은한 발색을 가능하게 하는 주요 요인으로 작용한 것으로 해석
된다. 또한 옥수수대재는 Fe2O3뿐 아니라 SiO2, Al2O3, CaO, K2O, Na2O 등 복합적
무기 성분을 제공하여 단독 산화철 첨가에 비해 발색 안정성, 투명도, 표면 품질 향
상에 유리한 결과를 나타냈다.
종합하면, 옥수수대재는 발색과 유리상 안정화를 동시에 달성할 수 있는 기능적
복합 유약 원료이자, 농업 폐기물의 고부가가치 자원화를 실현할 수 있는 지속 가
능한 도자 재료임을 확인하였다. 본 연구는 옥수수대재 기반 유약의 활용 가능성을
실험적으로 제시함으로써, 전통 청백자 유약의 현대적 재해석 및 실제 공예 적용에
기여할 수 있는 기초 자료를 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• 그림목차ⅲ
• 표목차 ⅶ
• 국문초록ⅸ
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 목적 1
• 1.2 역사적 배경 3
• 1.2.1 송대 청백자의 특징 3
• 1.2.2 원대 청백자의 특징 5
• 1.2.3 고려시대 청백자의 특징 6
• 1.2.4 조선시대 백자의 특징 7
• 1.2.5 옥수수의 기원과 옥수수 폐기물의 산업적 활용 9
• 1.3 이론적 배경 11
• 1.3.1 청백자의 개념과 특성 11
• 1.3.2 청자 및 청백자 유약의 조성과 발색 메커니즘 12
• 1.3.3 식물재 유약의 현대적 활용 13
• 1.3.4 선행연구 15
• 제 2 장 본 론 19
• 2.1 실험 방법 19
• 2.2 사용 원료 21
• 2.2.1 장석 21
• 2.2.2 규석, 석회석, 옥수수대재 23
• 2.2.3 소지 24
• 2.3 시험편 제작 28
• 2.4 유약 조합 30
• 2.4.1 삼성 분계 실험 30
• 조합 1 : 장석, 옥수수대재, 석회석 30
• 조합 2 : 장석, 규석, 옥수수대재 30
• 2.4.2 리튬장석, 네플린사이나이트 추가실험 37
• 2.4.3 발색산화물 (Fe2O3)첨가 확장실험 40
• 2.4.4 시유 및 소성 42
• 2.5 결과 및 고찰 45
• 2.5.1 삼섬 분계 실험 결과 45
• 조합 1 : 장석, 옥수수대재, 석회석 실험 결과 45
• 조합 2 : 장석, 규석, 옥수수대재 실험 결과 57
• 2.5.2 리튬장석, 네플린사이나이트 추가실험 결과 69
• 2.5.3 발색산화물 (Fe2O3)첨가 확장실험 결과 78
• 2.5.4 분광색차계 분석 결과 81
• 2.5.5 XRD 분석 결과 85
• 2.5.6 SEM 분석 결과 97
• 제 3 장 결 론 109
• 3.1 결 론 109
• 참고문헌 111
• 부 록 113
• Abstract 114