KR100407255B1 - 여러가지 색상의 파장을 나타내는 특수 기능성 잉크 및이의 사용방법 - Google Patents

여러가지 색상의 파장을 나타내는 특수 기능성 잉크 및이의 사용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특수 기능성 잉크 및 이의 사용방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 형광물질, 상기 형광물질과 발광파장이 다른 인광물질, 및 비가시 적외선 흡수물질이 함유되어 광원의 조건에 따라 여러가지 색상의 파장을 나타내는 특수 기능성 잉크 및 이의 사용방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 특수 기능성 잉크는 장식용품, 의류, 위험표시제, 완구, 패션제품, 스티커, 플라스틱 제품 및 보안성이 요구되는 제품의 위조 및 변조 방지용 은사, 은선 및 보안요소에 적용함으로써 시각적 흥미와 위변조 방지 효과가 있다.

Description

여러가지 색상의 파장을 나타내는 특수 기능성 잉크 및 이의 사용방법 {Ink having the special function exhibiting various color wavelength and the use thereof}
본 발명은 여러가지 색상의 파장을 나타내는 특수 기능성 잉크 및 이의 사용방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 형광물질, 상기 형광물질과 발광파장이 다른 인광물질, 및 비가시 적외선 흡수물질이 함유되어 광원의 조건에 따라 여러가지 색상의 파장을 나타내는 특수 기능성 잉크 및 이의 사용방법에 관한 것이다.
기본적으로 물질이 흡수한 에너지를 빛으로 방출하는 현상을 발광(루미네센스, luminescence)이라 하며, 이는 크게 인광(phosphorescence) 및 형광(fluorescence)으로 나뉜다. 인광과 형광은 일반적으로 외부자극에 의해 발광하는 시간의 차이로 구분하는데, 일반적으로 형광은 발광에 있어서 여기를 정지한 후의 발광시간이 10-4(sec)이하인 경우이고, 인광은 그 이상의 발광시간을 갖을 말한다.
또한, 인광과 형광은 흡수한 광에 의해 여기됨으로써 보다 긴 장파장 쪽으로발광하는 물질이며, 무기형광과 주광(daylight)형광으로 분류하기도 한다. 무기형광은 빛에 의해 자극을 받은 후에도 여기상태가 잔존하는 인광의 성질을 가지며 이 특성을 갖는 안료는 야광도료에 이용되고, 인광안료는 방사성 원소의 반감에 의한 자발광 특성을 갖는 자발광 안료와 여기 에너지를 서서히 방출시키는 축광안료로 구분하는데 본 발명에서의 인광은 자발광과 축광안료의 개념을 포괄한다.
종래에 이용되었던 인광물질은 황화물계가 주류를 이루고 있었으며, 인광체 및 발광특성을 살펴보면, CaS:Bi는 자청발광을, CaSrS:Bi는 청색발광을, ZnS:Cu는 녹색발광을, ZnSCdS:Cu는 황색발광 등을 나타낸다. 이러한 황화물계 인광물질은 화학적으로 불안정하고, 내광성이 열악하여 실용적 측면에서 문제점이 많지만 가격이 저렴하여 일부 이용되고 있다. 특히 ZnS:Cu 인광체는 습기가 존재하면 자외선에 의해 광분해되고 흑변함으로써 광도 저하가 발생되어 실외에서 사용이 곤란하기 때문에 야광시계, 위험표시등, 비상표지판에 한정 이용되고 있다.
최근에는 화학적으로 안정하고 내광성이 우수하며 잔광시간이 길고 발광휘도가 강한 MAl2O4계(여기서, M은 Ca, Sr, Ba 및 Mg), YAlO3:Ce3+(녹색발광) 등의 인광물질이 개발되어 실용화되고 있다.
또한, 종래 기술에 이용되었던 형광물질은 그 종류가 상당히 다양한데, 주로 유기계 형광염료나 안료가 사용되고, 이의 안료색소형은 루모겐 칼라(LumogenColor)가 통상적으로 이용되며, 합성수지 고용체형은 디 및 트리페닐메탄계, 키산텐계, 티아졸계, 티아진계 등의 염료를 멜라민수지, 요소수지, 슬폰아미드수지 등의 합성수지에 분산시킨 것이 이용되고 있다. 이러한 형광안료는 형광염료를 특정수지에 분산시켜 미세 입자화한 것이 대부분인데, 이는 형광염료가 효율 좋은 형광을 발하기 위해서 개개의 분자가 상호 영향을 미치지 않을 정도로 희박한 상태로 분산되어야 하기 때문이며, 이를 위하여 수지 중에 혼합하여 불용화하는 방법을 사용함으로써 형광강도가 증가하고 내광성이 향상되는 효과가 있다. 현재 시판되고 있는 형광안료는 대체적으로 열가소성 수지인 아크릴수지, 폴리에스테르수지, 폴리아미드수지 등에 분산시키거나 또는 열경화성수지 등에 혼합하여 제조하고 있다.
최근에는 내화학성과 내광성이 우수하고 형광휘도가 강한 Sr(PO2)Cl:Eu (청색발광), Zn2GeO2:Mn(녹색발광), Y2O2S:Eu(적색발광)계 금속화합물이 개발이용되고 있다.
종래 일반적인 형광안료를 사용하고 인광안료의 발광파장과 같은 유색안료를 조합하여 이용하는 방법이 일본 특개평 10-168441호에 기재되어 있으며, 인광안료 표면을 유색물질로 착색하여 이용함으로써 칼라 복사시 유색안료에 의한 색상은 재현되지만 인광효과를 재현할 수 없는 복사 방지물질이 일본 특개평 11-158420호에 기재되어 있다.
또한, 종래에는 근적외선 흡수물질로서, 폴리인산 또는 인산 등의 인산화합물과 황산구리, 수산화구리, 탄산구리, 염화구리, 초산구리 및 철염 등으로 구성된 구리화합물로부터 얻어진 화합물이 시용되어 왔으나, 모두 근적외선 흡수물질만을 잉크화한 단조로운 특성이 있다.
한편, 본 발명에서와 같이 다색의 효과를 얻기 위한 종래 기술로서, 한국 공개특허공보 제97-12431호 및 제2000-18154호에는 축광 인쇄층 위에 유색의 옵셋 인쇄방법이 기재되어 있고, 제98-70139호에는 축광도료의 제조방법이 기재되어 있으며, 제2000-26157호에는 축광 및 발광안료를 이용한 기능성 제품의 제조방법이 기재되어 있고, 국제공개번호 제96-23030호에 형광인광성 물질과 유색을 조합한 이색성 효과의 형광잉크가 기재되어 있으며, 일본 특개평 11-52127호와 미국특허 제5,800,861호에는 근적외선 흡습성 수지 조성물이 기재되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 기술들은 형광잉크, 인광(축광)잉크, 적외선 흡수잉크, 형광축광잉크를 단일화합물로 이용하거나, 인쇄공정에서 중복하여 인쇄하거나, 발광과 축광의 조합된 색상이 단색파장 또는 이색파장을 갖는 등 단조로운 특성을 나타내는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 종래의 단조로운 특성을 해결하고 단색파장 또는 이색파장의 효과보다 더 여러가지 색상의 파장을 나타내는 특수 기능성 잉크를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 특수 기능성 잉크를 장식용품, 의류, 위험표시제, 완구, 패션제품, 스티커, 플라스틱 제품 및 보안성이 요구되는 특수한 제품의 위조 및 변조 방지용 은사, 은선 및 보안요소로 사용하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특수 기능성 잉크는 외관색이 무색 또는 거의 색을 띄지 않으며 외부자극이 있을 때 발광하는 형광물질 0.1내지 25중량%, 외관색이 무색 또는 거의 색을 띄지 않으며 상기 형광물질과 발광파장이 다르고 외부자극이 제거된 후에 발광하는 인광물질 20 내지 65중량%, 및 비가시 적외선 흡수물질 10 내지 55중량%가 함유되어 있어 광원의 조건에 따라 여러가지 색상의 파장을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 상기 특수 기능성 잉크는 장식용품, 의류, 위험표시제, 완구, 패션제품, 스티커, 플라스틱 제품 및 보안성이 요구되는 특수한 제품의 위조 및 변조 방지용 은사, 은선 및 보안요소로 이용된다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 자외선 조사와 같은 외부자극에 의해 여기되어 형광물질의 형광색을 나타내고, 외부자극이 제거된 어두운 곳에서는 인광물질로 인한 인광색을 나타내며, 적외선 조사시에는 적외선을 흡수하여 적외선 흡수색이 나타나는 특수 기능성 잉크에 관한 것이다.
본 발명에 사용되는 형광물질은 외관색이 무색 또는 색을 거의 띠지 않는 유기계와 무기계 모두 이용가능하고, 함께 사용되는 인광물질과 발광파장이 서로 다르며, 유기계의 경우 염료도 이용할 수 있고 외관색은 독특한 발광색상을 위해 비가시인 무색 또는 옅은 색, 흰색을 띠는 것이 효과적이다. 이러한 형광체로는 유기계로서 청색발광의 쿠마린계, 황색발광의 옥사지논계 등을 들 수 있고, 무기계로서는 청색발광의 Sr(PO2)Cl:Eu, 녹색발광의 Zn2GeO2:Mn, 적색발광의 Y2O2S:Eu계 등이있으며, 잔광시간이 짧은 무색의 인광안료를 이용하는 것도 효과적이다. 형광물질의 사용량은 0.1 내지 25중량%이며, 형광물질의 입자는 대체적으로 충분히 작기 때문에 섬유, 시이트 및 성형물 등의 제품을 제조하는데 있어서 큰 영향을 주지 않지만, 수지 내에 함유되는 상기 형광물질의 함량은 제품으로의 성형시 중요한 영향을 미치게 된다. 여기서, 상기 함량이 0.1중량% 미만이면 형광효과가 떨어지는 문제가 있으며, 25중량%를 초과하면 성형조건이 나빠지고 형광이 소광되는 현상이 발생하는 문제가 발생한다.
본 발명에서 사용하는 비가시 인광물질은 상기 형광물질과 발광파장이 다른 금속화합물 또는 금속산화물 형태이며, 외관색은 형광물질과 마찬가지로 독특한 발광색상을 위해 비가시인 무색 또는 옅은 색, 흰색을 띠는 것이 효과적이며, 외부자극이 제거된 후에도 어두운 곳에서 잔광이 수 초 이상 지속될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 인광물질로는 황화물계인 자청발광의 CaS:Bi, 청색발광의 CaSrS:Bi, 녹색발광의 ZnS:Cu, 황색발광의 ZnSCdS:Cu, 화학적으로 안정하고 내광성이 우수하며 잔광시간이 길고 발광위도가 강한 MAl2O4계(여기서, M은 Ca, Sr, Ba, Mg), 및 녹색발광의 YAlO3:Ce3+등을 들 수 있다.
상기 인광물질의 사용량은 20 내지 65중량%이며, 함량이 20중량% 미만이면 인광효과가 떨어지는 문제가 있으며, 65중량%를 초과하면 성형조건이 나빠지는 문제점이 발생된다.
또한 본 발명에서 있어서는 인광과 형광의 구분은 종래의 발광시간인 10-4(sec)가 기준이 아니라, 육안으로 잔광이 충분히 인지할 수 있는 정도로서 발광시간을 1초 이상으로 한정하고자 하며, 잔광시간이 1초 이하인 인광체의 일부를 형광체로 분류하였다.
한편, 상기 비가시 적외선 흡수물질은 외관색이 무색에 가까운 옅은 색을 갖는 것이 효과적이며 본 발명에 있어서, 사불화붕산구리 20 내지 69중량%, 정인산, 폴리인산 및 오산화인으로 이루어진 군으로부터 선택된 인산화합물 30 내지 79중량% 및 산화마그네슘, 산화스트론튬, 산화아연, 산화알루미늄 및 산화비소로 이루어진 군으로부터 선택된 금속산화물 1중량% 이하를 혼합하여 습식상태로 교반시킨 다음, 105℃ 이상에서 충분히 건조시키고 300℃ 이상의 온도에서 소성시켜서 산화지르코니움계 또는 산화알루미늄계 볼밀 분쇄기로 10㎛ 이하로 미세입자화시켜 제조된 적외선 흡수물질이 바람직하다. 또한 이렇게 제조된 비가시 적외선 흡수물질은 10 내지 55중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 사용량이 10중량% 미만이면 적외선 흡수효과가 감소하는 문제가 있으며 55중량%를 초과하면 형광과 인광효과가 감소하는 문제가 있다.
또한, 본 발명에 따른 특수 기능성 잉크에는 유색염료 또는 안료 0.01∼10중량%를 더욱 포함시켜 광원의 조건에 따라 예를 들어 사색파장을 나타내게 할 수도 있다. 사색파장의 특수 기능성 잉크는 예를 들어, 시각적으로 네 가지의 색, 즉 일반광원에서는 유색의 염료에 의한 청색이 관측되고, 자외선 하에서는 형광물질에의한 적색형광이 관측되고, 어두운 곳에서는 인광물질에 의한 녹색발광(잔광)이 관측되고, 적외선 관측기로는 적외선을 흡수하여 흑색으로 관찰될 수 있다. 일반적으로 관찰할 때 청색의 잉크가 광원의 조건에 따라 청색, 적색, 녹색, 흑색으로 보이는 사색파장의 특수효과를 갖게 된다. 그러나, 본 발명에서는 사색파장에 한정하는 것이 아니라 네 가지 물질을 적절히 가감, 혼합한 경우에도 해당된다. 예를 들어, 비가시 형광과 인광과 비가시 적외선 흡수물질을 조합하여 만든 삼색파장의 비가시 형광 인광 적외선 잉크나 수지 또는 조성물도 해당된다.
이러한 조성의 안료들은 그라비어, 요판, 스크린, 후렉소 인쇄용으로 제조되는 잉크에 제공되며, 잉크의 제조시에 잉크의 총중량에 대해 15 내지 70%로 함유되는 것이 바람직하다. 또한, 잉크의 제조시 사용되는 비히클 또는 수지는 삼색파장의 잉크를 제조할 경우에는 무색 투명한 것이 비가시의 잉크를 제조하는데 효과적이며, 유색화에 의한 사색파장의 잉크 제조에는 어느 정도 착색된 것이 유용하다. 그라비아 잉크와 같은 저점도 특성을 갖는 잉크는 안료의 총량이 낮고, 요판 또는 스크린 잉크와 같은 고점도 특성을 갖는 잉크는 안료의 총량이 높으며 잉크가 아닌 수지 또는 성형품에는 안료의 총량을 적절히 조정하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 특수 기능성 잉크를 장식용품, 의류, 위험표시제, 완구, 패션제품, 스티커, 플라스틱 제품 및 보안성이 요구되는 특수한 제품의 위조 및 변조방지용 은사, 은선 및 보안요소로 이용할 수 있으며, 상기 보안성이 요구되는 제품은 은행권, 증채권, 여권 및 신분증 등을 들 수 있다.
이하, 실시예를 통해 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가한정되는 것은 아니다.
제조예 1 - 근적외선 흡수물질의 제조
사불화붕산구리 50중량%, 오산화인 49.5중량% 및 산화알루미늄 0.5중량%를 혼합하여 습식상태로 교반시킨 다음, 105℃에서 충분히 건조시키고 300℃의 온도에서 소성시켜서 산화지르코니움계 볼밀 분쇄기로 2.5㎛의 근적외선 흡수물질을 제조하였다.
실시예 1 - 비가시 삼색파장 그라비어 잉크제조
그라비아 잉크 바인더용 수지(상품명:Laroflex MP45, 제조사: BASF사, 성분:PVC-PV Ether공중합체) 27중량%를 톨루엔 50중량%에 넣어 충분히 교반시킨 용액에 삼색파장을 나타내기 위한 안료로서, 외관색이 흰색인 형광안료(상품명:PANAX RED PKS-225, 제조사: 욱성화학, 발광색: 적색, 파장:611nm) 1중량%와 외관색이 흰색인 인광안료(상품명:PANAX LUMINO GREEN, 제조사: 욱성화학, 발광색:녹색, 파장:520nm, 평균입자:2.5㎛) 11중량%와 외관색이 아주 옅은 청색을 띠는 상기 제조예 1에서 제조된 근적외선 흡수물질(구리인산착화합물, 파장:830nm 부근, 평균입자:2.5㎛) 11중량%를 첨가하여 균일한 용액이 되도록 교반 및 연육을 한다. 이 때 그라비아 잉크의 제조는 잉크의 오염을 막기 위하여 볼밀기나 센드밀기 등을 사용한다.
이와 같이 제조한 비가시 삼색파장 잉크를 이용하여 망점의 크기가 약 35μ으로 구성된 실린더를 이용하여 그라비아 인쇄를 한다. 인쇄된 패턴은 시각적으로는 식별이 어렵지만 자외선에서는 적색패턴이 나타나고, 어두운 곳에서는 녹색패턴이 나타나고, 적외선에서는 흡수패턴이 나타난다.
실시예 2 - 사색파장 그라비어 잉크제조
그라비어 잉크 조성물에 청색안료(프탈로시아닌 블루, 제조사: 욱성화학) 0.5중량%를 첨가하여 잉크의 색상이 청색이 되도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 결과적으로 사색파장의 잉크를 얻었다.
상기 실시예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 특수기능잉크는 비가시 삼색파장인 경우에는 시각적으로는 색상의 식별이 어렵지만 자외선에서는 형광색상, 어두운 곳에서는 인광색상, 적외선에서는 근적외선의 흡수가 나타나며, 유색을 첨가한 사색파장인 경우에는 일반 잉크와 같은 시각적 효과 외에 형광, 인광, 적외선 특성이 나타남으로써, 시각적 효과는 물론 기기 감지요소로 이용할 수 있으며, 위조방지 또는 보안용 물질로 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 조성물은 시각적 효과 및 광원에 따라 색상이 다르게 보이기 때문에 표지판, 장식제품, 장난감, 스티커, 플라스틱 제품, 의류 등에 이용할 수 있는 영역이 매우 넓다.

Claims (7)

  1. 외관색이 무색 또는 색을 거의 띠지 않으며 외부자극이 있을 때 발광하는 형광물질 0.1 내지 25중량%, 외관색이 무색 또는 색을 거의 띠지 않으며 상기 형광물질과 발광파장이 다르고 외부자극이 제거된 후에 발광하는 인광물질 20 내지 65중량%, 및 비가시 적외선 흡수물질 10 내지 55중량%를 포함하여 광원의 조건에 따라 여러가지 색상의 파장을 나타내는 특수 기능성 잉크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형광물질은 유기계 청색발광의 쿠마린계, 황색발광의 옥사지논계, 무기계 청색발광의 Sr(PO2)Cl:Eu, 녹색발광의 Zn2GeO2:Mn, 적색발광의 Y2O2S:Eu계, 잔광시간이 짧은 무색의 인광안료로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택됨을 특징으로 하는 특수 기능성 잉크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인광물질은 자청발광의 CaS:Bi, 청색발광의 CaSrS:Bi, 녹색발광의 ZnS:Cu, 황색발광의 ZnSCdS:Cu, 화학적으로 안정하고 내광성이 우수하며 잔광시간이 길고 발광위도가 강한 MAl2O4계(여기서, M은 Ca, Sr, Ba, Mg), 및 녹색발광의 YAlO3:Ce3+로 이루어진 군으부터 적어도 하나 선택된 금속화합물 또는 금속산화물임을 특징으로 하는 특수 기능성 잉크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비가시 적외선 흡수물질은 사불화붕산구리 20 내지 69중량%, 정인산, 폴리인산 및 오산화인으로 이루어진 군으로부터 선택된 인산화합물 30 내지 79중량% 및 산화마그네슘, 산화스트론튬, 산화아연, 산화알루미늄 및 산화비소로 이루어진 군으로부터 선택된 금속산화물 1중량% 이하를 혼합하여 습식상태로 교반시킨 다음 건조시키고 300℃ 이상의 온도에서 소성시켜서 산화지르코니움계 또는 산화알루미늄계 볼밀 분쇄기로 10㎛ 이하로 미세입자화시켜 제조된 것을 특징으로 하는 특수 기능성 잉크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 특수 기능성 잉크에 유색염료 또는 안료 0.01 내지 10중량%가 더욱 함유됨을 특징으로 하는 특수 기능성 잉크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 특수 기능성 잉크를 장식용품, 의류, 위험표시제, 완구, 패션제품, 스티커, 플라스틱 제품 및 보안성이 요구되는 제품의 위조 및 변조 방지용 은사, 은선 및 보안요소에 적용하는 것을 특징으로 하는 특수 기능성 잉크의 사용방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보안성이 요구되는 제품은 은행권, 증채권, 여권 및 신분증임을 특징으로 하는 특수 기능성 잉크의 사용방법.
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