KR101092306B1 - 유무기 복합 무독성 친환경 녹색 안료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무기질 모립자(11) 표면에 유기안료가 부착되어 구성되는 유무기 복합 안료에 관한 것으로, 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘을 모립자(11)로 동프탈로시아닌그린(copper phthalocyanine green)이 입상 피복을 형성하여 안료의 기본 발색입자를 형성하며, 은폐력 증진 및 조색 목적의 산화철계 무기안료가 첨가된 녹색 안료로서, 납 및 크롬 등 유해 물질의 사용은 배제함은 물론 고가의 유기안료 및 조색재의 소요량을 저감한 것이다.
본 발명을 통하여, 녹색 안료를 제조함에 있어서 납 및 크롬 등 유해 중금속의 사용을 배제함으로써, 인체 유해성이 최소화된 무독성 안료를 제조할 수 있으며, 안료의 제조 및 사용과정에서의 환경오염을 방지하는 효과를 얻을 수 있고, 고가의 유기안료 및 조색재의 소요량을 획기적으로 저감함으로써 녹색 안료의 제조원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

유무기 복합 무독성 친환경 녹색 안료{ORGANIC AND INORGANIC HYBRID NONTOXIC ECO-FRIENDLY GREEN PIGMENT}
본 발명은 무기질 모립자(11) 표면에 유기안료가 부착되어 구성되는 유무기 복합 안료에 관한 것으로, 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘을 모립자(11)로 동프탈로시아닌그린(copper phthalocyanine green)이 입상 피복을 형성하여 안료의 기본 발색입자를 형성하며, 은폐력 증진 및 조색 목적의 산화철계 무기안료가 첨가된 녹색 안료로서, 납 및 크롬 등 유해 물질의 사용은 배제함은 물론 고가의 유기안료 및 조색재의 소요량을 저감한 것이다.
금속화합물 계열의 발색입자로 구성된 무기안료는 유기화합물 계열의 발색입자를 가지는 유기안료에 비하여 은폐력 및 내후성이 우수하지만 안료 자체에 납, 카드뮴 및 크롬 등 유해 중금속이 다량 함유되어 있을 뿐 아니라, 제조 과정에서도 중금속을 비롯한 다양한 유해물질이 배출되는 문제점이 있다.
녹색을 발색하는 대표적인 무기안료로는 산화크롬(chrome oxide)를 들 수 있는데, 여타의 무기안료와 같이 유해 중금속을 함유하고 있으며 제조 과정에서도 다량의 유해 중금속을 배출하는 문제점을 가지고 있다.
이에 무기안료의 은폐력 및 내후성을 유지하면서도 유해 중금속을 배제하고 소기의 발색 특성을 발현할 수 있도록, 도 1에서와 같이, 무기질 모립자(母粒子)(11) 표면에 유기안료를 자립자(子粒子)(12)로서 부착함으로써 발색입자를 형성하는 유무기 복합 안료가 개발되었으며, 녹색 유무기 복합 안료로서 황색산화철(yellow iron oxide)과 유기안료인 동프탈로시아닌블루(copper phthalocyanine blue)를 혼합한 안료를 들 수 있다.
종래의 녹색 유무기 복합 안료 즉, 황색산화철 및 동프탈로시아닌블루 혼합 녹색 안료는 황색입자인 황색산화철을 모립자(11)로, 청색입자인 동프탈로시아닌블루를 자립자(12)로 구성된 복합 안료인 바, 황색과 청색의 조색(color match) 효과를 통하여 녹색을 발색하는 구조를 가진다.
여기서 모립자(11)인 황색산화철(αFeO·OH)은 황산제일철 용액을 가수분해하거나 알칼리로 중화시킴으로써 제조되는데, 그 자체가 황색 무기안료 발색입자로 사용되나 선명한 황색을 발색하지는 않으며 황갈색 내지 황토색을 발색한다.
자립자(12)인 동프탈로시아닌블루는 유기 합성색소인 프탈로시아닌류(phthalocyanine類) 색소의 일종으로, 심청색(深靑色)을 발색한다.
프탈로시아닌(C32H16N3H2)은 질소성 생물색소인 포르피린(porphyrin)과 유사한 구조를 가지는 화합물로서, 중심부의 수소가 납, 니켈, 코발트 또는 구리 등 다양한 금속이온에 의하여 치환된 프탈로시아닌 착염을 형성하며 이들 프탈로시아닌 착염을 포함하여 프탈로시아닌이라 통칭한다.
이러한 프탈로시아닌 착염은 중심부에 배위(配位)되는 금속에 따라 황록색에서 심청색에 이르는 다양한 발색을 보이게 되는데, 이중 구리가 배위되는 동프탈로시아닌은 심청색(深靑色)을, 동프탈로시아닌의 염소(Cl) 치환체는 녹색을 발색하며, 각각 동프탈로시아닌블루(copper phthalocyanine blue) 및 동프탈로시아닌그린(copper phthalocyanine green)으로 불린다.
전술한 바와 같이, 종래 녹색 유무기 복합 안료의 모립자(11)는 황색산화철로서, 황색산화철은 그 차체가 황색 무기안료의 발색입자로서 사용될 정도로 은폐효과가 뛰어날 뿐 아니라, 청색 유기안료를 자립자(12)로 적용할 경우 최종 발색 목표인 녹색을 달성하기 위한 조색이 가능한 특성을 가진다.
그러나 최종 목표 색상이 녹색임을 감안하면 은폐성 모립자(11)이자 황색 발색입자인 황색산화철과의 조색을 위하여 과도한 청색 유기안료 즉, 과도한 동프탈로시아닌블루가 소요되는 문제점이 있다.
이는 종래의 녹색 유무기 복합 안료 개발과정에서 무기안료의 은폐성에 필적하는 은폐성을 달성하기 위하여 모립자(11)로서 황색산화철을 적용한 점에서 기인한 것으로, 물론 황색산화철은 은폐성이 우수하면서도 유기안료로서 동프탈로시아닌블루를 적용할 경우 목표 색상인 녹색의 조색이 가능하나, 녹색의 목표색상을 달성하기 위하여 녹색이 아닌 청색의 유기안료를 적용하여야 할 뿐 아니라 고가의 유기안료를 다량 사용하여야 하는 근본적인 문제점을 가질 수 밖에 없는 것이다.
또한 종래 녹색 유무기 복합 안료의 모립자(11)인 황색산화철의 발색은 선명한 황색이 아닌 암황색 즉, 황갈색 내지 황토색인 바, 다량의 동프탈로시아닌블루를 혼합하여도 선명한 녹색을 얻기 어려우며, 이에 황색산화철과 티탄옐로우(titan yellow)를 혼합하여 모립자(11)를 구성하는 것이 일반적이다.
티탄옐로우는 루틸(rutile)형 산화티탄의 결정격자 중 안티몬(Sb) 및 니켈(Ni) 원자를 열확산 발색시킨 치환고용체로서 견뢰도, 내열성 및 내약품성이 우수한 황색 무기안료이나 고가(高價)인 단점이 있으며, 따라서 티탄옐로우의 혼합은 안료 제조비용을 상승시키는 요인으로 작용할 수 밖에 없다.
종래의 녹색 유무기 복합 안료의 발색입자 조성을 살펴보면, 모립자(11)로서 거의 동일한 중량의 황색산화철 및 티탄옐로우가 혼합되는 것이 일반적이며, 모립자(11) 중량의 1/2에 육박하는 동프탈로시아닌블루가 혼합되어야 소기의 발색효과를 얻을 수 있으므로, 안료 발색입자 중량의 대부분을 고가 소재인 티탄옐로우 및 동프탈로시아닌블루가 차지하고 있는 바, 경제성이 지극히 낮을 수 밖에 없다.
특히, 완성된 티탄옐로우 자체는 높은 안정성을 가지나, 제조시 함수산화티탄, 안티몬 및 니켈을 혼합처리하는 공정이 필수이므로 제조과정에서의 유해 중금속 누출 가능성이 높으며, 따라서 안료의 제조시 티탄옐로우가 첨가될 경우 엄밀한 의미의 유해 중금속 배제 공정이라 할 수 없다.
이렇듯 종래 녹색 유무기 복합 안료에서는 은폐성을 발현하는 황색산화철과 선명한 황색을 발색하는 티탄옐로우를 혼합하여 모립자(11)를 구성한 후, 이 모립자(11) 표면에 동프탈로시아닌블루 입자를 부착하여 안료를 구성하게 되며, 이로써 유해 중금속의 사용을 일정 수준 배제하면서도 무기안료의 장점인 은폐성을 달성한 성과는 있었으나, 황색계열의 발색을 나타내는 황색산화철 모립자(11)를 적용함으로 인하여 유기안료를 혼합함에 있어서 목표 색상인 녹색이 아닌 심청색의 동프탈로시아닌블루를 선택하여야 할 뿐 아니라 그 투입량 또한 다량이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 선명한 황색이 아닌 암황색을 발색하는 황색산화철의 단점을 극복하기 위하여, 모립자(11)를 구성함에 있어서 고가 소재인 티탄옐로우를 다량 혼합하여야 할 뿐 아니라, 티탄옐로우의 혼합으로 모립자(11)의 채도가 상승함에 따라 목표 색상인 녹색의 조색을 위하여 동프탈로시아닌블루의 소요량 또한 동반 상승할 수 밖에 없어 제조비용의 상승요인이 이중으로 유발되는 심각한 문제점이 있었다.
특히, 제조과정에서 유해 중금속의 누출 가능성이 상존하는 티탄옐로우가 다량 함유된 종래의 녹색 유무기 복합 안료는 유해 중금속 배제를 통한 무독성 친환경 안료의 제조라는 유무기 복합 안료의 취지에 근본적으로 배치되므로, 엄밀한 의미의 친환경 안료라 할 수 없었다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 유무기 복합 녹색 안료를 제조함에 있어서, 완제품 및 제조공정상 유해 중금속 배제를 통한 무독성 친환경 안료의 구성이라는 유무기 복합 안료의 근본 목적은 물론, 무기안료의 장점인 은폐성 및 내후성은 최대한 확보함과 동시에, 목표 색상인 녹색과 동일한 색상의 유기안료를 적용함으로써 조색 특성을 개선하고 유기안료 소요량을 획기적으로 절감하며, 티탄옐로우 등 고가 조색재의 사용을 배제함으로써 제조비용을 절감할 수 있도록 한 것이다.
즉, 본 발명은 무기질 모립자(11) 표면에 유기질 자립자(12)가 부착되어 발색입자가 구성되는 유무기 복합 녹색 안료에 있어서, 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘인 모립자(11) 표면에, 동프탈로시아닌그린(copper phthalocyanine green)인 자립자(12)가 부착되어 발색입자를 구성하되, 상기 모립자(11) 85중량% 내지 99중량%와 상기 자립자(12) 1중량% 내지 15중량%가 혼합되어 발색입자를 구성함을 특징으로 하는 유무기 복합 무독성 친환경 녹색 안료이다.
또한, 상기 모립자(11)와 자립자(12)가 혼합되어 구성된 발색입자 80중량% 내지 97중량%와 황색산화철 3중량% 내지 20중량%가 혼합됨을 특징으로 하는 유무기 복합 무독성 친환경 녹색 안료이다.
본 발명을 통하여, 녹색 안료를 제조함에 있어서 납 및 크롬 등 유해 중금속의 사용을 배제함으로써, 인체 유해성이 최소화된 무독성 안료를 제조할 수 있으며, 안료의 제조 및 사용과정에서의 환경오염을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 고가의 유기안료 및 조색재의 소요량을 획기적으로 저감함으로써 녹색 안료의 제조원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 유무기 복합 안료의 발색입자 모식도
본 발명의 상세한 구성 및 제조과정은 다음과 같다.
본 발명은 기본적으로 백색 계열의 모립자(11) 표면에 녹색 유기안료인 동프탈로시아닌그린(copper phthalocyanine green)의 입상(粒狀) 피복을 형성함으로써 발색입자를 구성하는 것이다.
본 발명의 모립자(11)에는 황산바륨(BaSO4), 활석(滑石, talc), 카올린(kaolin) 또는 탄산칼슘(CaCO3)이 적용될 수 있으며, 이들은 모두 백색 계열의 입상체로서 자체의 은폐력은 상대적으로 높지 않으나 표면에 동프탈로시아닌그린이 부착되어 입상 피복을 형성할 경우 은폐력이 향상된다.
안료 소재로서의 황산바륨은 천연 황산바륨이라 할 수 있는 바라이트(barite)와, 황산나트륨 및 바라이트 등을 혼합 처리하여 침전 추출하는 침강성 황산바륨으로 구분될 수 있는데, 미분체로 가공된 황산바륨은 높은 백색도를 가지며, 침강성 황산바륨은 비교적 우수한 은폐력을 가진다.
특히, 대부분의 바륨염이 독성을 가지는 반면 황산바륨만은 무독성이므로 무독성 친환경 안료를 제조함에 있어서 유리하다.
함수규산마그네슘(3MgO·4SiO2·H2O)이 주성분인 활석은 일반적으로 엽상 치밀층 결정의 집합괴로 산출되며, 결정은 3층구조의 수화결정으로서 층간 결합력이 약하여 경도가 낮은 특성을 가진다.
안료 소재로 적용되는 활석 미분체는 원광석을 크러셔(crusher)로 조분쇄하고 튜브밀(tube mill) 또는 롤러밀(roller mill) 등의 분쇄기로 미분쇄한 후 공기분급하여 제조하며, 무독성임은 물론 높은 백색도를 가진다.
함수규산알루미늄(Al2O3·2SiO2·2H2O)이 주성분인 카올린은 점토광물의 일종으로 카올린클레이(kaolin clay)로도 불리며, 조분쇄된 원광을 건식 또는 습식으로 미분쇄하여 제조되고, 부유선광법, 산화표백법 또는 환원표백법 등을 통하여 불순물이 제거된 카올린은 독성이 없을 뿐 아니라 높은 백색도를 가진다.
특히, 카올린을 소성하여 결정수를 제거한 소성 카올린은 백색도는 물론 높은 은폐력을 겸비하는 바, 본 발명의 무기질 모립자(11)로서의 적합성이 높다고 할 수 있다.
탄산칼슘은 석회석 또는 방해석 등의 원석을 건식 또는 습식 분쇄하여 제조되며, 국내에서는 주로 방해석을 원석으로 제조되는 중질 탄산칼슘이 유통되고 있다.
미분체 탄산칼슘은 백색도가 매우 높을 뿐 아니라 식품첨가물로 사용될 정도로 독성이 없으며 경제성 또한 뛰어난 장점이 있다.
본 발명에 있어서 실질적 발색 성분은 유기안료인 동프탈로시아닌그린(copper phthalocyanine green)으로서, 전술한 황산바륨(BaSO4), 활석(滑石, talc), 카올린(kaolin) 또는 탄산칼슘(CaCO3) 모립자(11) 즉, 백색 모립자(11)에 부착되어 녹색 발색입자를 형성하게 된다.
백색 모립자(11)에 자립자(12)로서 부착되어 입상 피복을 형성하는 동프탈로시아닌그린은 동프탈로시아닌(copper phthalocyanine)의 염소(Cl) 치환체로서 진녹색을 발색하게 되며, 발색과 동시에 모립자(11)의 은폐력을 증진시키는 역할 또한 수행하게 된다.
본 발명에 있어서 백색 모립자(11)와 자립자(12)인 동프탈로시아닌그린 간의 혼합 및 부착은 볼밀(ball mill)을 통한 건식 혼합을 통하여 달성되며, 혼합과정에서 미량의 바인더 및 알코올이 첨가될 수도 있다.
모립자(11)와 자립자(12) 즉, 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘과 동프탈로시아닌그린의 혼합비는 모립자(11) 85중량% 내지 99중량%와 자립자(12) 1중량% 내지 15중량%로 적용하는 것이 바람직한데, 자립자(12)의 혼합비를 상기와 같이 적용함으로써 고가의 유기안료를 과량 사용하여 발생될 수 있는 제조비용의 상승을 방지하고, 발색 성분의 부족으로 인한 발색 불량은 물론 발색입자의 은폐력 저하 또한 방지할 수 있다.
한편, 일단 백색 모립자(11)에 동프탈로시아닌그린을 입상 피복하여 발색입자를 완성한 후, 은폐력의 증진 및 조색을 목적으로 소량의 황색산화철을 혼합할 수 있으며, 발색입자와 황색산화철의 혼합시 균일한 분산을 위하여 미량의 알코올을 첨가할 수도 있다.
이때 모립자(11)와 자립자(12)가 혼합되어 구성된 발색입자와 황색산화철의 혼합비는 발색입자 80중량% 내지 97중량%와 황색산화철 3중량% 내지 20중량%로 적용하는 것이 바람직한데, 이는 20중량% 이상의 과량 첨가시 황색산화철 자체의 발색으로 인하여 목표 색상인 녹색의 조색에 악영향을 줄 수 있으며, 3중량% 내지 20중량%의 비교적 낮은 함량의 황색산화철을 통하여도 발색입자 중 황색산화철 입자가 충분히 균일하게 분산될 경우 상당한 은폐력 증진효과를 기대할 수 있기 때문이다.
이상에서와 같은 본 발명을 통하여 발색 및 은폐성 등 안료 본연의 기능을 최대한 확보함과 동시에 완제품 및 제조공정상의 중금속 사용을 최대한 억제함은 물론 경제성 또한 확보한 유무기 복합 녹색 안료를 제조할 수 있다.
11 : 모립자
12 : 자립자

Claims (2)

  1. 무기질 모립자(11) 표면에 유기질 자립자(12)가 부착되어 발색입자가 구성되는 유무기 복합 녹색 안료에 있어서,
    황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘인 모립자(11) 표면에, 동프탈로시아닌그린(copper phthalocyanine green)인 자립자(12)가 부착되어 발색입자를 구성하되, 상기 모립자(11) 85중량% 내지 99중량%와 상기 자립자(12) 1중량% 내지 15중량%가 혼합되어 발색입자를 구성함을 특징으로 하는 유무기 복합 무독성 친환경 녹색 안료.
  2. 삭제
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