KR101123626B1 - 친환경 습도지시잉크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수분을 흡수하거나 방출하여 대기중의 습도를 쉽게 인지할 수 있는 습도지시잉크에 있어서 탄소수가 1~4개인 알코올 용매 95~99.5wt%, 지시약 0.5~5wt%로 이루어진 지시제 73~99.8wt%와, 완충용액(Buffer solution) 0.1~2wt% 및 염화나트륨, 황산나트륨, 수산화마그네슘, 폴리에틸렌글리콜(Poly ethylene glycol, PEG), 글리세린 중에 1종 이상 포함하는 조습제 0.1~25wt%를 포함하여 구성되는 습도지시용액 87~99.7wt%와; 안료 0.1~5wt%와; 분산제 0.1~3wt% 및; 점도유지제 0.1~5wt%;를 포함하여 구성되는 친환경 습도지시잉크에 관한 것이다.
또한 본 발명은 코발트 성분을 포함하지 않아 습도지시잉크의 제조 및 이용에 있어서 제약과 유해성이 없고, 습도지시용액의 pH변화를 조절하는 용액으로 완충용액(Buffer solution)을 이용함으로써 일반적인 염기성 용액(가성소다 용액), 강산용액을 이용하기 때문에 조습제가 흡수하거나 방출한 수분의 양에 따라서 pH가 쉽게 변하고 그 결과 습도지시용액의 뚜렷한 색 변화를 기대하기 어려운 종래 기술의 문제를 해결하는 효과가 있으며 지시제, 완충용액, 조습제로 구성되는 습도지시용액에 안료, 분산제, 점도유지제를 포함하는 습도지시잉크를 실현함으로써 산업상 이용시에 습도지시잉크를 잉크 인쇄방식(Ink printing method)으로 적용 가능하고 경제성 및 활용성을 향상시키며 다양한 색체 구현이 가능하여 대기중의 습도를 쉽게 인지할 수 있는 효과를 가진다.
습도, 잉크, 지시약, 완충용액, 조습제, 안료, 분산제, 점도유지제

Description

친환경 습도지시잉크 {Eco Friendly Humidity Indicating Ink}
본 발명은 전기전자, 가전, 제지, 식품포장 등 현대산업 전반의 제조 설비 및 제품에 있어서 습도를 관리하는데 사용될 수 있는 습도지시기능이 있는 습도지시잉크에 관한 것으로써, 알코올 용매에 지시약을 용해시켜서 이루어진 지시제, 완충용액(Buffer solution) 및 염화나트륨, 황산나트륨, 수산화마그네슘, 폴리에틸렌글리콜(Poly ethylene glycol, PEG), 글리세린 중에 1종 이상 포함하는 조습제 를 포함하는 습도지시용액과; 안료; 분산제 및; 점도유지제;를 포함하여 이루어지는 것에 특징이 있는 친환경 습도지시잉크에 관한 분야이다.
전기전자, 가전, 제지, 식품포장 등 현대산업 전반의 제조 설비 및 제품에 있어서 습도관리는 매우 중요한 부분을 차지한다. 이에 종래기술은 습도를 측정하고 그에 따라서 습도를 조절하기 위하여 디지털화된 장치 또는 간편한 수단으로써 습도지시용액을 포함하는 습도지시카드를 이용하는데, 습도를 정밀하게 관리해야하는 분야를 제외하고는 대부분 경제성이 뛰어나고 부착이 용이한 습도지시카드를 많 이 이용한다.
위에 언급한 습도지시카드가 포함하는 습도지시용액으로는 보통 염화코발트(Cobalt(II) Chloride) 수용액을 사용한다. 그러나 1998년 12월에 유럽연합(EU)에서는 유럽연합관보(European Council Directive) 67/548/EEC의 25번째 기술규정인 유럽연합문서(European Commission Directive) 98/98/EC을 통해, Annex IV에 염화코발트를 Carcinogenic Category II (잠재적 발암유발물질: 인체에 대한 데이터는 없지만 동물의 흡입 후 발암기록이 있는 물질)로 분류하고 이 규정이 2005년 10월 31일부터 발효됨으로써 사실상 염화코발트 용액을 사용하는 제품에 대해 막강한 규제의 근거를 가지게 되어, 향후 염화코발트를 사용한 제품에 대한 판매 규제가 실시되고 있어서 이를 대체 할 제품의 수요가 절실한 상황이고, 그에 따라서 다음과 같은 종래기술이 연구되었다.
국내등록특허 10-0676777은 습도지시용 시약의 제조에 있어서, 티몰블루, 메틸레드, 메틸오렌지, 메틸레드, 뉴트랄 레드, 아닐린 블루 중에서 선택된 지시액을 에틸알코올에 녹여서 0.1~3 wt％ 의 용액을 만든 다음, 상기용액에 가성소다 용액을 1~10 vol％ 첨가하여 습도에 따라 pH가 변하여 지시액의 색이 변화되도록 혼합용액으로 만든 습도지시용액과 상기 습도지시용액에 금속염화물과 고분자 유기화합물 용액을 0.1~20wt％ 로 첨가하여, 습도별로 변색이 가능하도록 각각 제조한 습도지시용액을, 압지에 인쇄된 습도별 지시면에 첨착시켜 제조한 습도지시카드에 관한 것으로써, 주지시제는 pH의 변화에 따라 색이 변하는 지시액을 사용하고, 보조지시제는 습도에 따라 색이 변하도록 pH를 조절해주는 산 또는 염기성 시약을 사용했으 며, 첨가제로는 대기중의 습도에 따라 습도지시용액의 pH를 변화시킬 수 있도록 조습성이 있는 무기 및 고분자 유기화합물을 혼합하여 이용하므로 염화코발트를 포함하지 않아 유해성이 적은 효과가 있으나 습도에 따라 색이 변하도록 pH를 조절해주는 보조지시제를 단순한 산 또는 염기성 시약을 이용하기 때문에 조습제가 흡수하거나 방출한 수분의 양에 따라서 pH가 쉽게 변하고 그 결과 습도지시용액의 뚜렷한 색변화를 기대하기 어려운 문제가 있으며, 습도지시용액의 점성이 떨어지기 때문에 첨착방식(Impregnation method)으로만 이용가능하여 산업상 이용시 여러 가지 분야에 적용하기 어려운 측면과 공정상의 난해성을 갖는 문제점이 있다.
즉 종래기술은 염화코발트로 이루어진 습도지시용액은 유해성분으로 인한 유해성 때문에 그 제조 및 이용에 있어서 제약과 유해성이 크고, 코발트 성분이 배제된 종래의 기술에 있어서도 습도지시용액의 pH변화를 조절하는 용액을 일반적인 염기성 용액(가성소다 용액), 강산용액을 이용하므로 조습제가 흡수하거나 방출한 수분의 양에 따른 상기 pH변화를 조절하는 용액의 pH가 쉽게 변하기 때문에 뚜렷한 색변화를 기대하기 어려웠던 문제와 종래 습도지시용액은 단순히 지시제, pH변화를 조절하는 용액, 조습제로만 구성되어 낮은 점도의 물성을 갖기 때문에 산업상 이용시에는 첨착방식(impregnation method)으로만 적용이 가능하고, pH에 따른 습도지시용액 성분의 색으로만 색 변화 가능한 문제가 있기 때문에 이에 대한 지속적인 연구가 요구된다.
본 발명은 습도지시기능을 갖는 습도지시용액(잉크)에 관한 종래 기술의 문제점에 있어서,
염화코발트로 이루어진 습도지시용액은 유해성분으로 인한 유해성 때문에 그 제조 및 이용에 있어서 제약과 유해성이 크고, 코발트 성분이 배제된 종래의 기술에 있어서는 습도지시용액의 pH변화를 조절하는 용액을 일반적인 염기성 용액(가성소다 용액), 강산용액을 이용하므로 조습제가 흡수하거나 방출한 수분의 양에 따른 상기 pH변화를 조절하는 용액의 pH가 쉽게 변하기 때문에 뚜렷한 색 변화를 기대하기 어려웠던 문제와 종래 습도지시용액은 단순히 지시제, pH변화를 조절하는 용액, 조습제로만 구성되어 낮은 점도의 물성을 갖기 때문에 산업상 이용시에는 첨착방식(impregnation method)으로만 적용이 가능하고, pH에 따른 습도지시용액 성분의 색으로만 색체 구현이 가능한 문제가 있기 때문에 이를 해결하는 해결점을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 고안된 것으로써,
탄소수가 1~4개인 알코올 용매 95~99.5wt%, 지시약 0.5~5wt%로 이루어진 지시제 73~99.8wt%와, 완충용액(Buffer solution) 0.1~2wt% 및 염화나트륨, 황산나트륨, 수산화마그네슘, 폴리에틸렌글리콜(Poly ethylene glycol, PEG), 글리세린 중에 1종 이상 포함하는 조습제 0.1~25wt%를 포함하여 구성되는 습도지시용액 87~99.7wt%와; 안료 0.1~5wt%와; 분산제 0.1~3wt% 및; 점도유지제 0.1~5wt%;를 포함하여 구성되는 친환경 습도지시잉크를 제시한다.
본 발명은 유해성분을 포함하지 않아 제조 및 이용에 있어서 제약과 유해성이 없고, 습도지시용액의 pH변화를 조절하는 용액으로 완충용액(Buffer solution)을 이용함으로써 일반적인 염기성 용액(가성소다 용액), 강산용액을 이용하기 때문에 조습제가 흡수하거나 방출한 수분의 양에 따라서 pH가 쉽게 변하고 그 결과 습도지시용액의 뚜렷한 색변화를 기대하기 어려운 종래 기술의 문제를 해결하는 효과가 있고,
지시제, 완충용액, 조습제로 구성되는 습도지시용액에 안료, 분산제, 점도유지제를 포함하는 습도지시잉크를 실현함으로써 산업상 이용시에 잉크 인쇄방식(Ink printing method)으로 적용 가능하고 경제성 및 활용성을 향상시키며 다양한 색채 구현이 가능하여 대기중의 습도를 쉽게 인지할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 탄소수가 1~4개인 알코올 용매 95~99.5wt%, 지시약 0.5~5wt%로 이루어진 지시제 73~99.8wt%와, 완충용액(Buffer solution) 0.1~2wt% 및 염화나트륨, 황산나트륨, 수산화마그네슘, 폴리에틸렌글리콜(Poly ethylene glycol, PEG), 글리세린 중에 1종 이상 포함하는 조습제 0.1~25wt%를 포함하여 구성되는 습도지시용액 87~99.7wt%와; 안료 0.1~5wt%와; 분산제 0.1~3wt% 및; 점도유지제 0.1~5wt%;를 포함하여 구성되는 친환경 습도지시잉크에 관한 것으로써,
본 발명을 거시적으로 구분하면 대기중의 습도의 변화에 의하여 색이 변하는 기능을 하는 습도지시용액과 다양한 색채 구현 및 상기 습도지시용액을 잉크 인쇄방식(Ink printing method)으로 적용하기 위한 잉크를 만들기 위하여 포함시키는 성분인 안료, 분산제, 점도유지제로 구분할 수 있다.
또한 상기 구분을 작용원리에 따라서 미시적으로 구분하면, 반응하는 수분에 의하여 pH가 변하고 그에 따라서 색이 변하는 기능을 하는 지시제, 하기의 조습제가 흡수하거나 방출한 수분이 지시제의 pH를 변화시킴에 있어서 미세한 pH변화를 막아 지시제의 뚜렷한 색변화를 유도하는 완충용액(Buffer solution), 대기중의 수분을 흡수하거나 방출하는 기능을 하는 조습제로 구성되는 습도지시용액과, pH의 변화에 따른 지시제의 색 변화와 더불어 다양한 색채를 구현하기 위한 안료, 상기 안료를 다른 구성성분에 적절하게 분산시키기 위한 분산제, 본 발명의 습도지시잉크를 산업상 이용시에 잉크 인쇄방식(Ink printing method)으로 적용하기 위하여 점도를 조절하는 기능을 하는 점도유지제로 구분할 수 있으며 이하 도면 1내지 2를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
상기에서 언급한 바와 같이 습도지시용액은 지시제, 완충용액(Buffer solution), 조습제로 구성되는데 지시제는 탄소수가 1~4개인 알코올 용매 95~99.5wt%, 지시약 0.5~5wt%로 이루어진다. 이때 지시약은 물질의 pH에 따라 자신의 색을 변화시킴으로써 그 물질이 어떤 성질(산성, 중성, 염기성)을 지니는가를 구분하는 시약으로써, 본 발명에 있어서는 대기중의 수분에 의하여 pH가 변화된 완충용액의 pH에 의하여 지시약의 색이 변하고 그 결과 습도지시잉크 전체의 색이 변화시키는 기능을 하는 성분으로 이용한다. 또한 일반적인 지시약은 종류에 따라서 고유의 변색범위를 갖기 때문에 지시약의 변색을 이용하여 물질의 pH을 알려면 그 물질이 갖는 보편적인 pH에 따라서 지시약의 종류도 달리해야하므로 본 발명에서는 종래의 기술과는 차별성 있게 중성과 염기성의 변색범위를 갖는 지시약을 이용한다. 즉 순수한 증류수는 pH7의 중성을 갖지만 일반적인 수분은 pH8.3 이하의 약염기성을 갖아 염기성에서 중성의 변색범위를 갖는 지시약을 이용해야만 효과적인 색 변화를 인지할 수 있기 때문에 중성과 염기성의 변색범위를 갖는 지시약을 이용한다. 즉 바람직한 지시약으로써는 안토시아닌 pH2~13, 크레졸레드 pH7.2~8.8, 페놀프탈레인 pH8.0~9.8, 또는 전범위 지시약 pH1~14 등의 변색범위를 갖는 것을 이용함으로써 평균 pH8.3 이하인 수분과 반응하여 효과적인 색 변화를 인지할 수 있고, 상기 지시약은 산성형과 염기성형의 비율로 결정되어 색이 변하고 지시약의 농도는 관계하지 않으므로 많은 양을 이용할 필요없이 뚜렷한 변색을 인지할 정도로써 탄소수가 1~4개인 알코올 용매의 95~99.5wt%에 0.5~5wt%을 혼합하여 이용한다.
또한 완충용액(Buffer solution)은 산과 그 짝염기의 혼합물로 이루어진 용액으로써 산이나 염기가 첨가될 때 pH변화를 막는 용액이고 다음과 같은 핸더슨-하셀바하(Henderson-Hasselbalch)식에 의하여 완충용액의 pH를 구할 수 있다.
[화학식]
HA ↔ A- + H+ - (1)
(HA : 산, A- : 산의 짝염기이온, H+ :산이온)
일 때,
[수학식]
pH = pKa + log([A-]/[HA]) - (2)
즉, 완충용액(Buffer solution)은 상기 화학식(1)을 갖는 반응에서 산(acid)인 HA와 그 짝염기(conjugate-base)인 A-를 혼합하여 만든 용액으로써 핸더슨-하셀바하(Henderson-Hasselbalch, 수학식(2))식에 의하여 완충용액(Buffer solution)의 pH는 산 해리상수(acid dissociation constant, Ka), 산(HA)의 몰농도 및 그 짝염기(A-)의 몰농도에 관계한다는 것을 알 수 있고, 다음과 같은 완충용량(buffer capacity, β)에 의하여 바람직한 완충용액 pH 범위를 결정한다.
[수학식]
β = dCｂ/dpH = - dCa/dpH - (3)
(β : 완충용량, Cｂ : 강산의 몰수, dCa : 강염기의 몰수)
상기의 수학식은 완충용액에 강산 또는 강염기가 첨가될 때 용액이 얼마나 pH 변화를 막는지에 관한 척도를 나타내는 완충용량(buffer capacity, β)을 나타낸 것으로써 상기 수학식(2)와 연관하여 pH와 Cｂ 또는 pH와 Ca의 비를 미분하여 표현한 수학식이고 pH = pKa ([HA]=[A-])일 때 완충용량(β)이 최대인 것을 알 수 있으며, 이때의 완충용액이 가장 바람직게 pH 변화를 막을 수 있다. 또한 상기와 연관하여 대기중의 수분에 의하여 pH가 변하는 본 발명의 완충용액의 pH를 정함에 있어서는 평균적인 수분의 pH에 가능한 가까운 pKa 값을 갖는 완충용액을 택하는 것이 바람직하므로 pKa ±1의 범위인 pH 7.3~9.3인 완충용액을 이용한다. 아울러 본 발명의 완충용액은 상기에서 언급한 지시약 외에도 상기의 범위에 해당하는 pH를 갖는 일반적인 산과 염기로 제조한 것이면 모두 이용가능하고 전체 습도지시용액의 0.1~2wt%의 조성비로 첨가한다.
또한 조습제는 대기중의 수분을 흡수 또는 방출하여 본 발명의 pH를 변화시키기 위한 조성물로써 상기의 지시제, 완충용액과 반응하지 않고 우수한 조습성을 갖는 조성물을 이용한다. 이에 본 발명은 염화나트륨, 황산나트륨, 수산화마그네슘, 폴리에틸렌글리콜(Poly ethylene glycol, PEG), 글리세린 중에 1종 이상 포함하는 조습제 0.1~25wt%를 이용함으로써 대기중의 수분을 효과적으로 흡수-방출하도록한다. 이때 조습제의 종류와 조습제의 조성비에 따라서 대기중의 수분을 흡수-방 출하는 속도가 다르므로 조습제의 종류와 조성비를 달리하여 용도에 따라서 색 변화 습도를 달리 구성할 수 있으며, 다른 조성물의 물성을 해치지 않는 범위인 습도지시용액의 0.1~25wt%의 조성비로 첨가한다.
아울러 본 발명은 상기 습도지시용액 80wt% 이하로 포함되면 습도지시 기능이 떨어지는 문제가 있기 때문 80wt%를 초과하는 조성비로 포함해야 하고, 상기 지시제, 완충용액, 조습제로 구성된 습도지시용액을 87~99.7wt%포함하는 것이 바람직하다.
상기 습도지시용액과 더불어 안료는 본 발명의 색 구현을 위한 조성물로써, 종래의 기술은 습도지시용액만의 색을 이용한 색 구현이 가능했지만 본 발명은 상기 지시제, 완충용액, 조습제로 구성된 습도지시용액에 유기안료 또는 식용색소를 0.1~5wt% 포함함으로써 습도지시용액의 지시약이 갖는 pH에 따른 색뿐만 아니라 다양한 색 구현이 가능함에 따라서 본 발명을 산업상 이용시 보다 다양한 용도로 이용가능하게 하고, 분산제는 상기 안료를 습도지시용액에 골고루 분산시키기 위한 조성물로써 일반적으로 극성과 비극성을 계면활성화시키는 기능을 갖는 것이면 이용가능하고 바람직하게는 수용성 수지와 알칼리성 에멀전, 아라비아 고무 등의 분산제 3wt%의 조성비로 첨가하여 다른 조성물의 기능에는 영향을 주지 않아야 한다.
또한 습도지시용액을 잉크화 하기 위한 또 다른 조성물로써 점도유지제를 첨가하는데 이는 종래 습도지시용액의 점성이 떨어지기 때문에 첨착방식(Impregnation method)으로만 이용가능하여 산업상 이용시 여러 가지 분야에 적용하기 어려운 측면과 공정상의 난해성을 갖는 문제점을 잉크 인쇄방식(Ink printing method)으로 적용 가능하게 하고 경제성 및 활용성을 향상시키며 다양한 색체 구현이 가능하여 대기중의 습도를 쉽게 인지할 수 있는 효과를 갖게 한다. 상기 기능을 하는 점도유지제는 일반적인 잉크제조의 점도유지제를 이용가능하지만 수용성 셀룰로오스, 쟁탄검(Xanthan Gum) 중에 1종 이상을 포함하는 점도유지제를 이용하는 것이 바람직하다. 이는 상기 점도유지제가 식물성 조성물이기 때문에 본 발명에 있어서는 인체에 무해하고, 점착성 및 점도를 증가시키며 유화안정성을 가능하게 하기 때문에 0.1~5wt% 첨가한다. 다음은 본 발명의 바람직한 실시예로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기의 실시예는 본 발명을 제한하지 않고 당업자는 본 발명의 범위 내에서 다양하게 실시가능하다.
[실시예]
1.습도지시잉크 제조
1-A. 습도지시용액 준비
에틸 알코올 용매 97g, 지시약 CR(알드리치, Cresol Red) 3g으로 이루어진 지시제 89g과;
트리스 염화수소와 수산화나트륨으로 만든 pH 8인 완충용액 1g과;
염화나트륨 10g를 혼합한 습도지시용액을 준비한다.
1-B. 습도지시잉크 준비
상기에서 제조한 습도지시용액 96.8g과;
청색 안료(VIDHI Dyestuff Mfg., Ltd. Blue No.1) 0.2g, 아라비아 고무 1g, 쟁탄검 2g을 혼합하여 습도시지잉크를 제조한다.
2. 습도지시잉크의 활용
상기에서 제조한 습도지시잉크를 잉크 인쇄방식(Ink printing method)을 이용하여 스크린인쇄기에 충진하여 종이카드에 시험인쇄한다.
3. 결과
도 1내지 2와 같이 건조한 상태(상대습도 : 30%)에서는 녹색(green)을 띠던 습도지시잉크가 습한 상태(상대습도 : 50%)에서는 보라색(violet)으로 색이 변하여 습도의 변화를 쉽게 인지할 수 있다.
상기 실시예와 같이 본 발명은 유해성분을 포함하지 않아 제조 및 이용에 있어서 제약과 유해성이 없고, 습도지시용액의 pH변화를 조절하는 용액으로 완충용액(Buffer solution)을 이용함으로써 일반적인 염기성 용액(가성소다 용액), 강산용액을 이용하기 때문에 조습제가 흡수하거나 방출한 수분의 양에 따라서 pH가 쉽게 변하고 그 결과 습도지시용액의 뚜렷한 색변화를 기대하기 어려운 종래 기술의 문제를 해결하는 효과가 있고 지시제, 완충용액, 조습제로 구성되는 습도지시용액에 안료, 분산제, 점도유지제를 포함하는 습도지시잉크를 실현함으로써 전기전자, 가전, 제지, 식품포장 등 현대산업 전반의 제조 설비 및 제품에 있어서 잉크 인쇄방식(Ink printing method)을 적용하여 습도관리가 가능하고 경제성 및 활용성을 향상시키며 다양한 색채 구현이 가능하여 대기중의 습도를 쉽게 인지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 건조한 상태에서의 색을 나타내는 습도지시잉크.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 습한 상태에서의 색을 나타내는 습도지시잉크.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 지시제와 조습제로 되는 습도지시용액(A)과, 안료(B)와, 분산제(C)와, 점도유지제(D)를 함유하는 습도지시잉크에 있어서,
    A) 탄소수 1~4의 알코올 용매 95~99.5wt%, 안토시아닌, 크레졸레드, 페놀프탈레인 중 1종의 지시약 0.5~5wt%을 함유하는 지시제 73~99.8wt%와; pH 7.3~9.3의 완충용액 0.1~2wt%; 및 염화나트륨, 황산나트륨, 수산화마그네슘, 폴리에틸렌글리콜, 글리세린 중에 1종 이상 포함하는 조습제 0.1~25wt%를 함유하는 습도지시용액 87~99.7wt%와;
    B) 안료 0.1~5wt%와;
    C) 분산제 0.1~3wt%와;
    D) 점도유지제 0.1~5wt%;를 함유하는 것을 특징으로 하는 친환경 습도지시잉크.
  4. 삭제
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