KR100567722B1

KR100567722B1 - 건식코팅법에 의한 무독성 녹색 안료 조성물 및 그 조제방법

Info

Publication number: KR100567722B1
Application number: KR1020050046551A
Authority: KR
Inventors: 김금용
Original assignee: 김금용
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-04-04

Abstract

본 발명은 착색목적을 가진 모든 응용 기술 분야에 적합하고, 충분히 발색되어지고 균질한 고품질의 녹색의 복합 조성물로 , 크롬(Cr),납(Pb),카드늄(Cd)등의 인체와 환경에 유해한 중금속을 전혀 함유하지 않는 친환경적인 녹색안료 조성물에 관한 것이다. 특히, 일상생활과 밀접하게 연관된 페인트 및 플라스틱등에 색상을 내는 녹색계열의 안료(pigment green 13; chrome green,이하 크롬그린)는 착색력,은폐력,색의 선명도는 우수하지만, 크롬과 납의 함유량이 70%이상 차지하고 있어 인체와 환경에 대단히 치명적인 안료로 이는 시급히 보완,대체되어야 한다. 그래서 본 발명자는 종래의 크롬그린계 녹색안료가 가지고 있던 선명한 색상,은폐력, 착색력등의 품질은 그대로 유지하면서도 중금속이 전혀 함유되지 않는 친환경적인 녹색안료 조성물에 관심을 가지고 연구한 바, 본 발명을 완성하게 되었다.

무독성 녹색안료. 크롬그린 대체용 녹색안료. 친환경 안료

Description

건식코팅법에 의한 무독성 녹색 안료 조성물 및 그 조제방법{Nopoisonous Green Pigment Composition by Dry process-Synthesis Method}

최근 환경문제에 대한 관심과 그 규제가 한층 강화되고 있으며,

앞으로는 국내외적으로 경쟁력의 우위를 가질려면 이 부분을 시급히 보완,

개선되어져야하고 소재의 선택, 제조뿐만 아니라 폐기될 때까지 인체와 환경에 대

한 세심한 배려가 절실하다.

특히, 일상생활 환경과 밀접하게 연관되는 도료부분과

플라스틱등의 합성수지에 색상을 내는 녹색계열의 안료(pigment green 13:

chrome green,이하 크롬그린)는 착색력.은폐력.색의 선명도가 우수하나 그

주성분인 크롬산납과 황산납을 화학적 반응, 장치를 통한 습식 방법에 의해

이루어 지므로 , 안료화 공정을 위한 많은 제반적 시설이 필요하고 ,그 제조 과정

에서 생겨나는 부산물과 폐수는 환경 오염의 원인이 되기도 하며, 그 후처리를

위한 비용도 생산자에겐 부담스러우며 원가 상승의 요인이 되기도 한다.

또한, 이렇게 완성된 크롬그린 안료는 크롬과 납의 함유량이 50% - 85%를 차지

고 있어 인체와 환경에 대단히 치명적인 단점을 안고 있다.

아울러, 또 다른 녹색안료인 산화크롬(pigment green 17;chrome oxide green)이나

프탈로시화닌계(copper phthalocyanine green)의 유기안료는 대부분 수입에 의존

되는 고가의 안료이며 색상이나 은폐력등의 물성이 적절치 않아 제한적

으로 사용하는 것이 일반적이고, 무기안료 조성물중에 충분한 발색을 가지면서도

납등의 중금속을 전혀 함유하지 않고 , 크롬그린안료를 대체하여 사용할 수 있는

안료는 지금까지 전무하였다.

그래서 본 발명자는 종래의 무기계 녹색안료가 가지고 있던 선명한 색상, 은폐력,

착색력등의 품질은 그대로 유지하면서도 중금속이 전혀 함유되지 않는 친환경적인

녹색안료 조성물에 관심을 가지고 연구한 바, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 안료화 공정을 건식코팅(합성)법으로 유도하여, 충분한 발색이

이루어지고 작업공정의 간략화와 저온, 단시간의 프로세스를 통해 고품질의 무기

착색안료를 제조하고, 보다 친환경적인 작업 구조와 제품생산, 생산비용의 절감을

실현하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 이를 통해 페인트 및 플라스틱계의 착색용으로 사용되는

기존의 녹색안료(크롬그린)를 대체 할, 인체와 환경에 안정하고 무해한 우수한

품질의 녹색안료 조성물을 완성하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수입에 의존하던 고가의 녹색안료를 대체하여 확고한

기술적 경쟁력을 가지는데 있다.

앞서 서술한 종래의 습식적 방법 또는 열을 가해 소성하는 방법등은 많은 문제들을

야기하므로, 본 발명자가 의도하는 안료화 공정을 효과적으로 진행하기가 어렵다.이러한 현실적 과제를 극복하기 위한 본 발명에서의 중요한 출발점은 서로 다른 2종이상의 무기 또는 유기의 충전제와 그 안료의 복합 조성물들이 안정적인 혼합,분쇄,결합,코팅,분산의 프로세스화 공정을 건식코팅(합성)의 방법을 거쳐 충분히 발색되어지고 최적의 색감과 물성을 갖도록 유도하는데 있다.

본 발명자가 말하는 건식코팅(합성) 방법이라 함은 배합설계에 따라 계량된 2종 이상의 복합 조성물들을 단일 공정을 통해 건식 혼합,분쇄,분산과 코팅(합성)이 동시에 이루어지게 하는 ONE-PORT PROCESS(일괄처리방식)을 말한다.

이는 저온,단시간의 프로세스를 통해 대량의 생산을 가능케 하며 , 작업시간과 작업능률을 단축할 뿐 아니라 안료화 공정에서 생기는 부산물과 후처리가 필요없게 되는 장점을 지니고 있을 뿐 아니라,안료화 공정에서 제일 중요한 발색,즉 충분한 색감을 얻는데 효과적이라는 것이다.

본 발명자가 말하는 건식코팅(합성)에 응용될수 있는 배합원료의 혼합,분쇄,분산할 매체로는 진동밀,디스크밀,유성볼밀,임팩트밀,전동볼밀,핀밀등을 들 수 있으나,

발색과 분쇄, 결합을 위한 충분한 메커니즘 에너지를 얻기 위해서는 범용적으로 사용되는 미분쇄용 건식볼밀(Dry Ball-Mill)이 가장 효과적이다. 수 차례의 실험과 오랜 경험적 결과로 볼 때, 이를 통해서만 본 발명자가 추구하는 충분한 발색과 안정적인 합성이 이루어질수 있음을 다시 한번 더 강조한다.

상기의 건식볼밀을 이용하여 안료화 과정을 진행하기 위해서 해결해야 될 몇가지 기술적 과제가 존재한다. 그것은 볼의 원활한 운동과 서로 상이한 입자간의 결합,안료유도체로써의 적절한 첨가제의 사용이 그것이다.

따라서, 본 발명에 사용되는 건식볼밀의 볼의 크기는 100Φ. 70Φ. 50Φ. 30Φ등 서로 상이한 크기로 투입하는 것이 바람직하다. 볼의 크기가 서로 다른 것은 보다 원활한 마찰과 분산을 유도하고, 볼의 마찰과 낙차를 통한 혼합,분쇄력을 극대화시켜 서로 다른 2종이상의 복합 조성물들의 접착과 분산을 위한 메커니즘 에너지를 얻을 수 있다.

또한,배합설계에 따라 계량된 재료들을 투입하고 반드시 배합원료의 총량에 따라 0.5중량% - 1.0중량%의 물과 비이온계 계면활성제(바람직하게는 물 0.5중량%. 비이온 계면활성제 0.5중량%)를 서로 잘 혼합하여 고루 분무해야만 한다.

이것은 본 발명자가 말하는 건식코팅(합성)에서 중요한 위치를 차지하는데, 분말상태인 재료들의 분산을 활성화시키고, 입자와 입자 사이를 결합시키는 보조적 결합제로써의 역활을 하게 된다. 이는 안료에 대해 소량의 물은 액체 결합제에 의한 액체 가교의 역활을 하는 것으로 간주할 수 있으며,비이온 계면활성제는 2종이상의 서로 다른 무기 또는 유기의 복합 조성물들이 잘 흡착할 수 있도록 유도할 뿐 아니라 , 복합 조성물들의 전반적인 PH를 조정할 수 있게 해준다.

본 발명에 사용되는 비이온계 계면활성제는 (주)풍영화공의 DISPERNOL 30S 제품을 사용하였으나, 이는 어떠한 종류의 비이온 계면활성제를 사용하여도 무방함을 밝혀둔다.그리고 이러한 안료화 과정에서 야기될 수 있는 분쇄매체의 부착방지를 위해 일반적으로 건식분쇄조제로 사용되는 에탄올,프로판올등을 배합원료의 총량에 대해 0.05중량% - 0.1중량% 정도를 첨가하면 효과적이다.

만약, 이러한 첨가제의 양이 많거나 잘못된 첨가제를 사용할 때는 안정적인 분산과 결합, 선명한 질감을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 입자끼리의 서로 뭉치게(덩어리)하여 색분리 현상의 원인이 되기고 한다.

이렇게 투입된 원료들은 안료화 과정이 진행되면서 건식 혼합,분쇄,분산이 이루어지게 되고, 일정한 시간이 지나면 볼의 마찰에서 생기는 저온의 운동 에너지는 2종이상의 무기 또는 유기의 충전제와 그 안료들의 복합 조성물들을 원활히 활성화 시키게 되는 것이다.

즉, 서로 상이한 표면 입자를 가진 무기 또는 유기의 입자가 서로 잘 결합,흡착하도록 유도하여 안정된 구조적 응집력을 가지게 할 뿐만 아니라, 습식에 의해 제조되는 안료에 비해 전혀 뒤지지 않는, 충분히 발색되어진 최적의 색감과 균일하고 고품질한 안료 조성물을 얻게 하는 것이다.

이를 본 발명자는 건식코팅(합성) 방법이라 명하고, 이를 이용하여 납(Pb)등의 중금속이 함유되지 않으면서도 충분히 발색되어진 무독성 녹색안료 조성물을 완성할수 있게 하는 것이다,

다음은 본 발명에서 말하는 2종이상의 서로 다른 무기 또는 유기의 복합 조성물의 특징을 설명한 것이다.

일반적으로 크롬그린계 녹색안료는 황연(pigment yellow 34:chrome yellow)과 감청(혹은 군청)의 일정 배합을 통해 얻어진다. 황연의 주성분이 크롬산납(PbCr4)과 황산납(PbSO4)이므로 이를 대체해서 무독성의 철산화물(FeOOH)을 사용할 수 있다. 그 러나 철산화물(FeOOH)을 사용하여 중금속 함유량은 줄일 수 있지만, 발색도와 은폐력이 황연을 따라가지 못하므로 결국 완성된 녹색안료는 선명치 못한 저급한 안료가 될 것이다.

그래서 본 발명자는 티탄옐로우(Titan Yellow) 50중량%에 철산화물(FeOOH) 50중량%(1;1배합비)를 본 발명자가 앞서 기술한 건식코팅(합성)법에 의해 혼합.분쇄.코팅하여 보다 밝은 계열의 노랑색을 만들어 황연을 대체할 조색제로 미리 만들었다.

이것은 본 발명에 있어 아주 중요한 위치를 차지하는데, 이렇게 만들어진 노랑색의 복합 조성물은 크롬(Cr),납(Pb)등이 전혀 포함되지 않는 무독성이며, 충분한 밝기의 색감과 우수한 은폐력을 가질수 있게 해주기 때문이다.

감청은 내산성이 좋고 내알칼리.내광성은 떨어지며, 군청은 내알칼리.내광,내열성은 좋으나 내산성이 약하다. 기본적인 색상 자체가 어둡고 탁하고 물성이 뒤떨어지므로, 본 발명에는 적합하지 않다

이를 대체하기 위한 소재로는 동프탈로시화닌계 청색 안료(Copper Phthalocyanine Blue Pigment)를 사용해야 한다. 동프탈로시화닌계 안료는 군청이나 감청에 비해 착색력이 수 배~수십 배 정도 훨씬 뛰어날 뿐만 아니라, 내수성,내알칼리성,내열성,내광성,내산성이 우수하여 앞서 만들어진 황색의 조성물과 결합하여 발색을 내는데 가장 이상적이다.

또한,이산화티다늄(TiO2)은 은폐력을 보완해주고, 색도를 조절하는 보조적인 역할을 하게 된다.

또한 무기질계 충진제로 탄산칼슘(CaCO3)을 사용한다. 탄산칼슘은 치약의 주재료로 쓰일만큼 완벽하게 인체에 무해하고 입자가 미세할 뿐아니라, 물성에도 전혀 영향을 주지 않고 , 타 안료와도 잘 흡착되므로 부피의 증량과 원가 절감의 효과가 있다.

실시예 1

황연을 대체할 황색의 조색안료를 얻기 위하여 티탄옐로우(Titan Yellow) 500g,철산화물(FeOOH) 500g. 물 2.5g. 비이온계면활성제 2.5g를 혼합하여, 본 발명에서 기술된 건식코팅법으로 3시간 연속 가동하여 밝은 계열의 황색안료 1000g를 얻었다.

실시예 2

실시예 1에서 미리 만들어진 황색안료 550g와 동프탈로시화닌 청색안료 200g.이산 화티탄 50g,탄산칼슘 250g에 물 5g와 비이온계 계면활성제 5g를 혼합하여, 본 발명에서 기술된 건식 코팅법에 의해 5시간 연속 가동 하여,크롬(Cr),납(Pb),카드늄(Cd)등의 유해 물질이 포함되지 않고 ,충분히 발색된 고품질의 무독성 녹색 안료 1000g을 얻을 수 있었다

시험예

상기 실시예 2에서 제조된 녹색의 안료 조성물에 대해 ,중금속 함유량과 일반적으로 요구되는 화학적,물리적 특성을 조사하여 다음의 표 1에 나타내었다.

항 목	실험조건 및 범위	결과
납(Pb)	KS M 5000	-
카드늄(Cd)	KS M 0032	-
크롬(Cr)	KS M 5332	-
수은(Hg)	KS M 5332	-
흡유량	KS M ISO 787-5	18
겉보기 비중	KS M ISO 787-11	4.5
PH	KS M ISO 787-9	7
체통과분	KS M ISO 787-7	1.0
내열성	KS M 5131	이상없음
내알칼리성	KS M 5131	변색없음
색상 비교실험	KS M ISO 787-1	이상없음
착색력 비교시험	KS M ISO 787-16	이상없음

상기 시험 기준은 한국공업규격(KS) 기준에 의해 실시됨. KS M 5000 안료시험방법 KS M 5131 일반적 안료시험방법 KS M ISO 787-1 안료색상비교 KS M ISO 787-5 흡유량시험 KS M ISO 787-7 체통과분 KS M ISO 787-9 PH시험 KS M ISO 787-11 부피와 겉보기 비중 KS M 0032.5332 중금속 함유량 시험

[표 1]

KS M 5105 Chrome green pigment에 규정된 크롬그린 안료의 기본 물성중 중금속이

전납분 47.7% 이상,PbCrO4 70% 이상으로 정의되어 있는 녹색안료이나,

실시예 2를 통한 본 발명의 무독성 녹색안료는 상기 표 1의 결과를 통하여 알수있듯이, 인체에 유해한 중금속이 전혀 검출되지 않았고, 화학적,물리적 특성도 기준치에 부합한 안정적인 녹색안료 조성물임을 알수 있다.

위와 같이 본 발명자의 건식코팅(합성) 방법에 의한 무독성 녹색안료 조성물은

종래의 습식제조 방법의 불합리성에서 탈피하여, 작업공정의 간략화,저온,단시간내의 건식제조 방식으로 유도함으로 친환경적인 작업구조와 제품생산, 생산비용의 절감을 실현할수 있는 장점을 지니고 있다

특히,본 발명의 방법으로 제조된 녹색안료 조성물은 크롬(Cr),납(Pb),카드늄(Cd)등의 중금속을 전혀 함유하지 않으면서도 우수한 색감,은폐력,착색력,색분리 안정성,강한 내수성을 지닌 고품질의 무독성 안료 조성물로, 최근 중금속 검출등 환경문제에 관련해 한층 규제가 더 강화되고 있는 도료,플라스틱의 착색용으로 널리 안정적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 착색 목적을 가진 모든 응용 기술 분야에 적합하여, 수입대체 효과와 그 경제적인 파급효과는 국내외를 막론하고 클 것으로 기대한다

Claims

티탄옐로우와 철산화물(FeOOH)을 1:1배합비로 미리 조제한 황색안료 조성물 55g을 기준으로 할때 동프탈로시화닌 청색안료를 20g. 이산화티탄 5g. 탄산칼슘을 25g의 비율로 배합하고, 보조제로 물과 비이온 계면활성제를 0.5 - 1.0g 사용하여, 건식볼밀에 의해 코팅(합성)하는 것을 특징으로 하는 건식코팅법에 의한 무독성 녹색안료 조성물.
티탄옐로우.철산화물,동프탈로시화닌 청색안료,이산화티탄,탄산칼슘을 포함하는 2종 이상의 무기 또는 유기의 복합 조성물을 건식볼밀을 이용하고, 보조제로 물과 비이온 계면활성제를 투입하여 건식합성하는 것을 특징으로 하는 건식코팅법에 의한 무독성 녹색안료 조제 방법.
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