KR101392753B1 - 유무기 복합 친환경 안료 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 안료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무기질 모립자 표면에 유기안료가 부착되어 형성되는 주발색입자와 산화철계 보조발색입자가 혼합되어 구성되는 황색 또는 적색 유무기 복합 안료에 관한 것으로, 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘 모립자에 황색유기안료 또는 적색유기안료가 입상 피복된 주발색입자와, 황색산화철 또는 적색산화철인 보조발색입자가 혼합되어 구성된다.
본 발명을 통하여 납 및 크롬 등 유해 물질의 사용을 최대한 배제함은 물론 고가(高價)의 유기안료 소요량을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명을 통하여 납 및 크롬 등 유해 물질의 사용을 최대한 배제함은 물론 고가(高價)의 유기안료 소요량을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 무기질 모립자 표면에 유기안료가 부착되어 형성되는 주발색입자와 산화철계 보조발색입자가 혼합되어 구성되는 황색 또는 적색 유무기 복합 안료에 관한 것으로, 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘 모립자에 황색유기안료 또는 적색유기안료가 입상 피복된 주발색입자와, 황색산화철 또는 적색산화철인 보조발색입자가 혼합되며, 납 및 크롬 등 유해 물질의 사용을 배제함은 물론 고가(高價)의 유기안료의 소요량을 절감한 것이다.
금속화합물 계열의 발색입자로 구성되는 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.
황색을 발색하는 무기안료로는 연단(Pb3O4), 염기성 크롬산연(PbO·PbCrO4) 등을 들 수 있으며, 적색을 발색하는 무기안료로는 카드뮴레드 등을 들 수 있다.
연단은 납 또는 일산화연(PbO)을 가열 변성하여 얻어지는 분말로서 황등색(黃橙色)을 나타내며, 염기성 크롬산연은 일산화연 핵과 크롬산연(PbCrO4) 외피로 구성되고 황산바륨(BaSO4)에 의하여 안정화된 분말로서 이 역시 황등색을 나타낸다.
카드뮴레드는 황화카드뮴(CdS) 및 셀렌화카드뮴(CdSe)을 주성분으로 하는 분말로서 적색 또는 암갈색을 나타낸다.
이들 황색 및 적색 무기 안료는 유기 안료에 비하여 가격이 저렴한 장점이 있으나, 색상이 선명하지 않을 뿐 아니라, 여타의 무기안료와 같이 유해 중금속을 주성분으로 하고 있으며 제조 과정에서도 다량의 유해 중금속을 배출하는 문제점을 가지고 있다.
유해 중금속이 배제된 무독성 무기안료로서 산화철계 안료를 들 수 있는데, 황색 및 적색을 발색하는 산화철계 안료로서 황색산화철(Fe2O3·H2O) 및 적색산화철을 들 수 있다.
철의 옥시 수산화물인 황색산화철은 암황색 또는 녹황색을 나타내며, 산화제2철(Fe2O3)를 주성분으로 하는 적색산화철은 적갈색을 나타내는 바, 선명한 황색 또는 적색의 발색은 불가능한 문제점이 있다.
전술한 바와 같이, 무기안료는 은폐력 및 내후성이 우수한 반면 발색성이 불량하고 유해 중금속이 함유되어 있거나 제조과정에서 유해 중금속이 다량 배출되는 문제점이 있으며, 유기안료는 발색성은 우수하나 은폐성이 불량하고 고가인 단점이 있다.
이에 각각의 장점을 취하여 무기안료의 은폐력 및 경제성과 유기안료의 발색성을 겸비한 유무기 복합 안료가 개발되었으며, 이러한 유무기 복합 안료는 기본적으로 높은 백색도를 가지는 무기안료와 목표 색상을 발색하는 유기안료가 혼합되어 구성된다.
무기안료와 유기안료가 혼합되어 구성되는 유무기 복합 안료에 있어서 실질적인 발색효과는 유기안료에 의하여 달성되는 것이며, 무기안료는 발색입자의 핵으로서의 역할을 수행하게 되지만, 상대적으로 큰 무기안료의 입경과 백색도로 인하여 유기안료와의 혼합시 전체 복합 안료의 채도가 저감될 수 밖에 없는 바, 이러한 채도 저하를 방지하기 위하여 유기안료를 증량하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 유무기 복합 안료의 은폐력이 저하되는 심각한 문제를 야기하게 되며, 제조비용 또한 상승되는 문제가 발생된다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 유무기 복합 황색 및 적색 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, 유기안료의 소요량은 최소화하여 제조비용을 절감하면서도 목표 채도를 달성할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 창안된 것으로, 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘인 무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 부착되어 발색입자가 구성되는 유무기 복합 안료의 제조방법에 있어서, 무기질 모립자 55중량% 내지 95중량%와 유기질 자립자 5중량% 내지 45중량%를 혼합하여 무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 부착된 주발색입자를 구성하는 단계와, 상기 주발색입자 90중량% 내지 95중량%와 산화철계 보조발색입자 5중량% 내지 10중량%를 혼합하여 유무기 복합 안료를 완성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 유무기 복합 친환경 안료 제조방법으로서, 상기 유기질 자립자는 황색 유기안료이고 보조발색입자는 황색산화철이거나, 유기질 자립자는 적색 유기안료이고 보조발색입자는 적색산화철이며, 강구(鋼球)(11)가 장입(裝入)된 리본믹서(ribbon mixer)(10)로 무기질 모립자와 유기질 자립자의 혼합 및 주발색입자와 보조발색입자의 혼합을 수행함을 특징으로 하는 유무기 복합 친환경 안료 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 안료이다.
본 발명을 통하여, 황색 또는 적색 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 소요량을 획기적으로 절감함으로써 황색 또는 적색 안료의 제조원가를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 강구 장입 리본믹서 구조도
본 발명의 상세한 구성 및 제조과정은 다음과 같다.
본 발명은 기본적으로 백색 계열의 모립자 표면에 황색 또는 적색 유기안료가 입상(粒狀) 피복을 형성함으로써 주발색입자를 형성하고, 이 주발색입자에 동일한 계열의 색상을 발색하는 산화철계 보조발색입자를 혼합하여, 채도 및 은폐력을 확보하면서도 고가의 유기안료 소요량은 최소화한 것이다.
이러한 본 발명의 제조방법은 무기질 모립자 55중량% 내지 95중량%와 유기질 자립자 5중량% 내지 45중량%를 혼합하여 무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 부착된 주발색입자를 구성하는 단계로 개시된다.
무기질 모립자와 유기질 자립자 즉, 무기안료와 유기안료의 혼합비를 상기와 같이 적용함으로써 고가의 유기안료를 과량 사용하여 발생될 수 있는 제조비용의 상승을 방지하고, 발색 성분의 부족으로 인한 발색 불량 및 채도 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 무기질 모립자에는 백색 계열의 입상체인 황산바륨(BaSO4), 활석(滑石, talc), 카올린(kaolin) 또는 탄산칼슘(CaCO3)이 적용될 수 있다.
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 모립자로서의 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 완성된 유무기 복합 안료의 목표 색상이 황색인 경우 실질적 발색 성분으로서 황색 축합계아조안료(Disazo Condensation Pigment) 등의 황색 유기안료를 적용하며, 목표 색상이 적색인 경우 실질적 발색 성분으로서 적색 용성아조안료(Azo lake) 등의 적색 유기안료를 적용한다.
무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 부착된 주발색입자의 구성이 완료되면, 주발색입자와 산화철계 보조발색입자를 혼합하여 유무기 복합 안료를 완성하게 되는데, 여기서 산화철계 보조발색입자는 목표 색상과 동일한 계열 색상의 산화철계 무기안료를 적용한다.
산화철계 보조발색입자 즉, 산화철계 무기안료는 발색성이나 색상의 선명도가 낮은 단점이 있으나, 백색도가 높은 무기질 모립자와 유기질 자립자가 혼합되어 당초 유기질 자립자의 채도가 저하되고 명도는 불필요하게 상승된 상태에서, 동일한 계열 색상을 발색하나 상대적으로 명도가 낮은 산화철계 무기안료를 혼합함으로써, 명도를 보정하고 시각적으로 인지되는 채도를 상승시키는 효과를 발현할 수 있다.
이러한 산화철계 보조발색입자로는 목표 색상이 황색일 경우 황색산화철을 목표 색상이 적색일 경우 적색산화철을 각각 적용하게 되며, 주발색입자와 보조발색입자의 혼합비는 주발색입자 90중량% 내지 95중량%와 산화철계 보조발색입자 5중량% 내지 10중량%로 적용함으로써, 채도 및 은폐력은 확보하면서도 보조발색입자의 과도한 혼합시 발생될 수 있는 채도 및 명도 저하를 억제한다.
한편, 본 발명에 있어서, 무기질 모립자와 유기질 자립자의 혼합 및 주발색입자와 보조발색입자의 혼합은 도 1에서와 같이, 강구(鋼球)(11)가 장입(裝入)된 리본믹서(ribbon mixer)(10)로 수행하는 것이 바람직하다.
안료 등 분체 제조공정에서 일반적으로 사용되는 볼밀(ball mill)은 분쇄 및 혼합 특성은 우수하나, 본 발명과 같이 무기질 입자와 유기안료의 혼합에 적용할 경우 볼밀 내벽에 유기안료 등의 투입 재료가 부착되어 정확한 조성비를 유지할 수 없는 문제점이 있다.
반면, 혼합용기 내에서 리본형 블레이드가 회전하는 리본믹서(10)의 경우 투입 재료의 내벽 부착이 억제되므로 투입 재료의 조성비를 유지할 수 있으나, 볼밀의 내 강구(11)와 투입 재료가 충돌하는 과정에서 무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 입상 피복되는 작용이 미미한 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 리본믹서(10) 내부에 다수의 강구(11)를 투입함으로써, 재료의 내벽 부착을 효과적으로 억제하면서도 무기질 모립자 표면의 입상 피복 효과를 확보 하였다.
이상에서와 같은 본 발명을 통하여 발색 및 은폐성 등 안료 본연의 기능을 최대한 확보함과 동시에 완제품 및 제조공정상의 중금속 사용을 억제함은 물론 경제성 또한 확보한 유무기 복합 황색 또는 적색 안료를 제조할 수 있다.
10 : 리본믹서
11 : 강구
11 : 강구
Claims (4)
- 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘인 무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 부착되어 발색입자가 구성되는 유무기 복합 안료의 제조방법에 있어서,
무기질 모립자 55중량% 내지 95중량%와 황색 유기안료인 유기질 자립자 5중량% 내지 45중량%를 강구(鋼球)(11)가 장입(裝入)된 리본믹서(ribbon mixer)(10)로 혼합하여 무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 부착된 주발색입자를 구성하는 단계와;
상기 주발색입자 90중량% 내지 95중량%와 황색산화철인 산화철계 보조발색입자 5중량% 내지 10중량%를 혼합하여 유무기 복합 안료를 완성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 유무기 복합 친환경 안료 제조방법.
- 황산바륨, 활석, 카올린 또는 탄산칼슘인 무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 부착되어 발색입자가 구성되는 유무기 복합 안료의 제조방법에 있어서,
무기질 모립자 55중량% 내지 95중량%와 적색 유기안료인 유기질 자립자 5중량% 내지 45중량%를 강구(鋼球)(11)가 장입(裝入)된 리본믹서(ribbon mixer)(10)로 혼합하여 무기질 모립자 표면에 유기질 자립자가 부착된 주발색입자를 구성하는 단계와;
상기 주발색입자 90중량% 내지 95중량%와 적색산화철인 산화철계 보조발색입자 5중량% 내지 10중량%를 혼합하여 유무기 복합 안료를 완성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 유무기 복합 친환경 안료 제조방법.
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