KR0178356B1

KR0178356B1 - 비가시 발광물질 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR0178356B1
Application number: KR1019960045650A
Authority: KR
Inventors: 신길승; 안승덕; 김홍조
Original assignee: 민태형; 한국조폐공사
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1999-04-01
Also published as: KR19980027003A

Abstract

본 발명은, 이트륨(Yttrium)화합물, 실리콘(Silicon) 화합물 및 바나듐(Vanadium) 화합물의 산화물을 매트릭스로 하고, 이에 활성화제로서 Nd₂O₃과 Er₂O₃을 첨가하여 균일 혼합하고, 1단계 반응으로 산화성 분위기에서 600-700℃로 3-5시간 소성 시킨 후 직경이 5-15㎛ 정도가 되게 분쇄하며, 2단계 반응으로 이 분쇄물을 1000-1200℃로 3-5시간 소성시킨후 직경 2-4㎛ 정도의 크기로 분쇄하고, 3단계 반응으로 2단계 반응물을 500-700℃에서 1-3시간 정도 소성하고 약 1㎛정도로 분쇄하여 제조하는, 분자식이 Y₂SiV₂O₁₀:Nd⁺³, Er⁺³인 비가시 발광물질과 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, UV광 및 가시광을 조사할 경우 적외선광을 발광케 하므로서, 특히, 은행권 및 유가증권류등 특수 인쇄물에 100㎜²정도 면적으로 본 발명물질을 포함하는 잉크를 인쇄하므로서 위조방지 효과를 얻을 수 있게 하며, 은행권등의 기계적 자동처리를 위한 기계인식 기능을 부여할 수 있게 하고 천연색 복사기에 의한 복사를 방지할 수 있게 하는 효과를 나타낼 수 있게 하는 것임.

Description

비가시 발광물질(非可視發光物質) 및 그 제조방법

본 발명은 UV광(紫外線光:Ultra-Violet) 및 가시광(Visible광; 可視光)을 조사할 경우 IR광(赤外線光:Infrared)을 발광(發光:Emission)하는 비가시 발광물질(非可視發光物質)과 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 은행권 및 유가증권류등 특수 인쇄물에 10㎜²정도 면적으로 본 발명물질을 포함하는 잉크를 인쇄하므로서 위조 방지 효과를 얻을 수 있게 하며, 은행권등의 기계적 자동처리를 위한 기계인식 기능을 부여할 수 있게 하고 천연색 복사기에 의한 복사를 방지할 수 있게 하는 효과를 나타낼 수 있는 비가시 발광물질과 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

일반인쇄의 한 분야중에 인쇄시 잉크(Ink)의 건조속도를 빠르게 하기 위해 이용되는 자외선 경화잉크(紫外線硬化잉크:UV Curing Ink)와 적외선 경화잉크(赤外線硬化잉크:IR Curing Ink)가 있다. 자외선 경화잉크는 감광성 수지, 감광성 모노머, 광개시제(光開始劑)를 주성분으로 한 전색제(Vehicle)를 사용한 잉크로 자외선(紫外線)을 조사(照射)하여 잉크를 순간적으로 건조시키는 잉크이며, 적외선 경화잉크는 IR Varnish, Gel Varnish, Solvent를 주성분으로 한 전색제를 사용함으로써 잉크의 건조속도를 빠르게 하기 위한 잉크의 종류를 말하는 것으로 본 발명과는 전혀 다른 분야로서 용어상의 혼동이 없어야 할 것이다.

현재 국내의 은행권이나 수표등에 위조방지를 위하여 인쇄되어 자외선광에 의해 형광이 발해지는 형광물질(螢光物質)은 산업기술의 전반적 진전에 따라 누구나 조금만 관심을 두면 비교적 쉽게 구할 수 있는 UV램프로서 은행권등에 인쇄된 형광을 비교적 쉽게 확인할 수 있으며, 자성(磁性)잉크 또한 일반 인쇄물에 보편적으로 이용되는 추세로서 위조등에 이를 도용할 여지가 많다 할 수 있겠다.

그러므로 은행권, 유가증권류 및 기타 보안문서 등 특수인쇄물의 위조방지를 위해, 발광(發狂)상태가 눈에 보이지 않는 적외선광을 발광하는 발광물질인 비가시 발광물질을 은행권이나 유가증권류 등 특수 인쇄물에 100㎜²이내의 작은 면적으로 인쇄할 경우 위조방지는 물론 진위감별(眞僞鑑別), 손권분류(損券分類), 자동계수(自動計數), 환전(換錢)등 기계적 자동처리 기능인 자동정사 기능(自動整査機能)의 극대화와 천연색 복사방지를 기할 수 있을 것으로 기대된다.

발광물질이 발광하게 되는 것은, 어떤 원소(元素)가 전자궤도(電子軌道:Orbital)에 전자가 부족한 상태 즉, Energy의 최저 상태인 기저상태(基底狀態:Ground State)에 있는 경우, 이에 에너지를 공급하게 되면 기저상태의 물질이 에너지를 흡수하여 여기상태(勵起狀態:Excited State)로 되고, 당해 물질로부터 외부 에너지를 제거했을 때 전자가 여기상태에서 기저상태로 떨어지면서 에너지를 방출하며 발광하게 하는 전자적 과정(電子的過程) 때문이다.

한편 희토류원소(稀土類元素)들의 이온(Ion)이 나타내는 광스펙트럼(光 Spectrum)은 예민한 Peak를 나타내는 특징이 있으며, 이것은 흡수 Spectrum과 같은 모양으로 4f 전자천이(電子遷移)와 관련되는 것으로서 발광파장은 모체결정(母體結晶)에 강하게 의존하며 4f내 천이(遷移)에서 발광은 이온(Ion)의 종류에 따라 파장의 Spectrum 폭이 좁은 발광을 나타낸다.

본 발명은 위와 같은 발광원리 및 희토류 원소의 특성을 이용하여 본 발명의 비가시 발광물질을 제공할 수 있게 한 것이다. 즉, 본 발명의 비가시 발광물질은 800-1500㎚의 발광영역을 가지는 네오디뮴(Neodymium:Nd)과 700-1500㎚의 발광영역을 가지는 어븀(Erbium:Er)을 발광물체의 활성화제로 하고 Y₂SiV₂O₁₀을 매트릭스(Matrix)로 하여 제조하므로서, 자외선 및 가시광선 영역인 280-630㎚의 파장범위의 광에 의하여 여기되어 비가시 적외선 영역인 800-1500㎚의 발광주 파장(Emission peak wave length)을 갖게 하여 발광상태를 육안으로는 확인할 수 없고, Mercury Lamp, He-Ne, Laser Monochromator, Scanning controller등 각종 광학장치를 이용하여야만 발광특성을 확인할 수 있게 한 것이며, 이러한 특성을 은행권이나 유가증권류 등 특수인쇄물에 사용하기 위해 특별히 개발한 물질이다.

이와 같이 비가시 영역(非可視領域)파장의 빛을 발하는 특성을 갖는 본 발명의 비가시 발광물질은 활성화제(Activator)로 네오디뮴과 어븀을 사용하고 매트릭스로 Y₂SiV₂O₁₀을 사용하여 Y₂SiV₂O₁₀:Nd⁺³, Er⁺³의 구조를 가지게 한 것으로 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

*편의상 Y₂SiV₂O₁₀:Nd⁺³, Er⁺³의 명칭을 IVM-1이라고 한다.

본 발명은 이트륨(Yttrium) 화합물[Y₂(CO₃)₃, Y(NO₃)₃, Y₂O₃, Y₂(C₂O₄)₃, YCl₃], 실리콘(Silcon)화합물[SiO₂, Na₂SiO₃] 및 바나듐(Vanadium) 화합물[VCl₃, V₂O₅, NH₄VO₃]의 산화물을 매트릭스로 하고, 이에 활성화제로서 네오디뮴 화합물과 어븀 화합물을 혼합하는 바, 네오디뮴 화합물을 Nd₂O₃인 것이 바람직하며, 그 량은 0.001 mol인 것이 바람직하고, 어븀 화합물은 Er₂O₃인 것이 바람직하고 그 량은 0.0003 mol인 것이 바람직 하다. 위와 같이 이트륨화합물과 실리콘 화합물 및 바나듐화합물의 산화물을 매트릭스로 하고 이에 네오디뮴화합물과 어븀화합물을 활성화제로 혼합한 후, 균일하게 혼합하고, 1단계 반응으로 산화성 분위기에서 600-700℃로 3-5시간 소성시킨후 직경이 5-15㎛정도가 되게 분쇄하며, 2단계 반응으로 이 분쇄물을 1000-1200℃로 3-5시간 소성시킨후 직경 2-4㎛정도의 크기로 분쇄하고, 3단계 반응으로 2단계 반응물을 500-700℃에서 1-3시간 정도 소성하고 약 1㎛정도로 분쇄하여 본 발명의 물질인 Y₂SiV₂O₁₀:Nd⁺³, Er⁺³(IVM-1)을 제조한다.

상기의 제조방법에 있어서, 산화물인 매트릭스는 상품화 되어 공지된 바 있는 Y₂SiV₂O₁₀인 것이 바람직하며, 활성화제는 Nd의 합량이 매트릭스량의 0.2-0.3%되게 Nd 화합물[NdCl₃, NdF₃, (CH₃CO₂)Nd, Nd(NO₃)₃, Nd₂O₃, Nd₂(SO₄)₃, Er₂O₃]과, Er 함량이 매트릭스량의 0.1% 되게 Er 화합물[ErCl₃, Er(CO₃)₃, ErF₃, Er(NO₃)₃, Er₂O₃]을 첨가하는 것이 바람직하다.

이와같은 본 발명의 비가시 발광물질의 제조방법을 실시예에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

원료 조성비는 표1과 같이 하여 볼밀(Ball Mill)에서 충분히 균일 혼합하여 혼합물 A를 제조한다.

[실시예 2]

혼합물 A를 Alumina Crucible에 장입하여 산화성 분위기중의 전기로에서 650℃로 4시간 가열한 후 직경 10㎛정도의 크기로 분쇄하여 반응물 B를 얻는다.

[실시예 3]

반응물 B를 역시 산화성 분위기중의 전기로에서 1100℃로 4시간 가열한 후 직경 3㎛ 정도로 분쇄하여 반응물 C를 얻는다.

[실시예 4]

반응물 C를 산화성 분위기증의 전기로에서 600℃로 2시간 가열한 후 직경 1㎛ 정도로 미분쇄하므로써 반응을 종결하여 본 발명의 비가시 발광물질을 얻는다.

이상과 같은 단계별 반응을 종결하여 얻은, 본 발명의 물질인 IVM-1을 실제 인쇄물에 인쇄할 경우에 있어서의 인쇄효과 및 발광강도를 검토하기 위해, Alkyd Resin 및 Rosin Modified Phenolic Resin을 주성분으로 하는 평판잉크 Varnish[대한잉크(주) 제품]를 전색제로 사용하여 잉크 제조 적성을 검토하고 광특성 변화 요인 등의 실험을 실시한 결과 아래와 같은 실험결과를 얻을 수 있었다.

[실험 1]

[투입율과 발광강도]

IVM-1의 투입율이 10, 20, 30, 40 Wt%인 잉크를 제조하여 동일 인쇄 Pattern을 갖는 인쇄물로 인쇄(잉크층 두께:15㎛)하여 발광강도를 측정한 결과 다음의 표2와 같이 투입율에 비례하는 발광강도(Emission Intensity)를 얻을 수 있었다.

[실험 2]

[잉크층 두께와 발광강도]

IVM-1 투입량이 20 Wt%인 잉크로 3, 5, 10, 20, 30, 40㎛ 잉크층 두께를 갖는 인쇄물을 제작하여 발광강도를 측정한 결과 다음의 표3과 같이 잉크층 두께에 비례하는 발광강도를 얻을 수 있었다.

[실험 3]

[유색안료의 영향성 검토]

인쇄물 제조시 유색안료들의 광간섭 영향을 검토하기 위해 IVM-1을 20%로 고정하고 유색안료[무색계[無色系), Red, Yellow계, Green계, Blue계, Black계]의 투입율을 8%, 잉크층 두께는 15㎛로 하여 발광강도를 측정한 결과, 무색RedYellowGreenBlueBlack 순으로 강도가 약화됨을 알았다.

이 실험에 사용된 색상별 유색안료 명칭은 다음과 같았다.

1) 무색계 (Ca계 체질 안료)

2) Red계 (Symuler Fast Red)

3) Yellow계 (Symuler Fast Yellow)

4) Green계 (Symuler Fast Yellow{4} + Phthalocyanine Blue{1})

5) Blue계 (Phthalocyanine Blue)

6) Black계 (Carbon Black)

[실험 4]

[평판 인쇄 실험]

평판 인쇄 적성 검토 및 인쇄물의 다량 제조를 위해, 본 발명의 물질인 IVM-1을 혼합하여 평판잉크를 제조하되, 그 물성이 Tack(60Sec, 32℃, 100m/min)148, Flow (30 Sec, 25℃)807 dyne/cm이 되게 제조하여, 데라루 지오리사(De La Rue Giori 社:스위스)의 평판 인쇄기 상에서 평판 인쇄 실험을 실시한 결과 전이성 등 제반 인쇄적성과 내약품성, 내광성등 제반내성과 발광효과등 특수인쇄물로서의 효과가 양호하였다. 이 실험을 위하여 제조된 잉크의 조성비는 다음과 같았다.

평판 잉크 조성비 Wt%

IVM-1 17.4

Symuler Fast Red 1.1

평판 Varnish 71.0

Wax 4.5

용제 5.8

건조제 0.2

*용제는 비점 290℃인 석유계 용제임

Claims

분자식이 Y₂SiV₂O₁₀:Nd⁺³, Er⁺³인 비가시 발광물질.
이트륨(Yttrium) 화합물[Y₂(CO₃)₃, Y(NO₃)₃, Y₂O₃, Y₂(C₂O₄)₃, YCl₃], 실리콘(Silcon) 화합물[SiO₂, Na₂SiO₃] 및 바나듐(Vanadium)화합물[VCl₃, V₂O₅, NH₄VO₃]의 산화물을 매트릭스로 하고, 이에 활성화제로서 네오디뮴(Nd) 화합물과 어븀(Er) 화합물을 혼합하고, 1단계 반응으로 산화성 분위기에서 600-700℃로 3-5시간 소성시킨후 직경이 5-15㎛정도가 되게 분쇄하며, 2단계 반응으로 이 분쇄물을 1000-1200℃로 3-5시간 소성시킨 후 직경 2-4㎛ 정도의 크기로 분쇄하고, 3단계 반응으로 2단계 반응물을 500-700℃에서 1-3시간 정도 소성하고 약 1㎛정도로 분쇄하여 제조하는 것을 특징으로 하는 비가시 발광 물질의 제조 방법.
특허청구범위의 제2항에 있어서, 산화물인 매트릭스가 Y₂SiV₂O₁₀인 것을 특징으로 하는 비가시 발광물질의 제조 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 활성화제인 네오디뮴 화합물은 Nd₂O₃이고, 어븀 화합물은 Er₂O₃인 것을 특징으로 하는 비가시 발광물질의 제조 방법.
제4항에 있어서, 네오디뮴 화합물인 Nd₂O₃는 0.001mol 이고, 어븀 화합물인 Er₂O₃는 0.0003mol인 것을 특징으로 하는 비가시 발광물질의 제조 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 활성화제인 네오디뮴 화합물은 Nd의 함량이 매트릭스량의 0.2-0.3% 되도록 Nd 화합물[NdCl₃, NdF₃, (CH₃CO₂)Nd, Nd(NO₃)₃, Nd₂O₃, Nd₂(SO₄)₃]을 혼합한 것이고, 어븀 화합물은 Er의 함량이 매트릭스량의 0.1% 되도록 Er 화합물[ErCl₃, Er(CO₃)₃, ErF₃, Er(NO₃)₃, Er₂O₃]을 혼합하는 것을 특징으로 하는 비가시 발광물질의 제조방법.