KR20090131117A - 천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리방법에 관한 것으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 산성 수용액 중에서 양극 산화 처리하여 다공질형 산화 피막층을 형성하는 단계, 상기 다공질형 산화 피막층이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을, 천연 식물 추출물을 유효성분으로 하는 염색욕에 침지하여 염색 처리하는 단계 및 상기 염색 후 내구성 향상을 위해 봉공 실링 처리하는 단계로 이루어진다.

상기 본 발명은 염료의 흡착량 및 흡착력을 증대시키기 위하여 알루미늄을 황산 등의 산성 수용액에 양극 산화 처리하여 다공질형 산화 피막층을 형성한 다음 천연 식물 중 치자 또는 락(Lac)의 잎, 꽃잎, 열매, 줄기, 뿌리 부분 중에 어느 부분 하나 이상의 추출물을 염료의 유효성분으로 하는 염색욕에 침지하여 천연 염료에 의한 알루미늄 염색 처리 제품을 얻는 것으로, 천연 식물 추출물로서 감성컬러를 구현함은 물론 피막의 내구성이 강화된 친환경 제품으로 유아용 기구 및 내,외장 건축자재와 더불어 주방기기 및 가전제품에 적용이 가능하다.

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Description

천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법{dyeing method of aluminum by using natural substance}

본 발명은 천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법에 관한 것으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 산성 수용액 중에서 양극 산화 처리하여 다공질형 산화 피막층을 형성하는 단계, 상기 다공질형 산화 피막층이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을, 천연 식물 추출물을 유효성분으로 하는 염색욕에 침지하여 염색 처리하는 단계 및 상기 염색 후 내구성 향상을 위해 봉공 실링 처리하는 단계로 이루어진다.

상기 본 발명은 염료의 흡착량 및 흡착력을 증대시키기 위하여 알루미늄을 황산 등의 산성 수용액에 양극 산화 처리하여 다공질형 산화 피막층을 형성한 다음 천연 식물 중 치자 또는 락(Lac)의 잎, 꽃잎, 열매, 줄기, 뿌리 부분 중에 어느 부분 하나 이상의 추출물을 염료의 유효성분으로 하는 염색욕에 침지하여 천연 염료에 의한 알루미늄 염색 처리 제품을 얻는 것으로, 천연 식물 추출물로서 감성컬러를 구현함은 물론 피막의 내구성이 강화된 친환경 제품으로 유아용 기구 및 내,외장 건축자재와 더불어 주방기기 및 가전제품에 적용이 가능하다.

양극 산화 피막처리라 함은 알루미늄을 양극으로 하여 일정한 전해액에서 적정조건으로 분극을 시킬 경우 자연 피막보다 두꺼운 양극 산화 피막이 생성되는데 이러한 공정을 양극 산화 피막처리라고 한다.

알루미늄 표면처리 중에서 어느 공정도 소홀히 하면 제품에 영향을 받지만 특히 이 산화 피막 형성 공정은 대단히 중요한 공정에 해당되는데, 이 산화 피막 형성 공정에서 부주의나 편차가 생기면 제품에 직접적인 영향을 받을 뿐만 아니라 그 다음 공정인 착색공정이나 봉공처리에도 큰 영향을 받는다.

알루미늄의 표면에 산화 피막을 형성하는 양극 산화 처리방법에는 여러 가지가 알려져 있으나, 가장 많이 쓰이는 방법은 방식성이 우수하고 치밀한 산화 피막을 얻을 수 있는 수산법, 황산법, 크롬산법이다.

여기서 수산법은 산화 피막을 형성하고자 하는 알루미늄 제품을 H₂C₂O₄ 수산 용액에 넣고, 직류, 교류 또는 직류에 교류를 동시에 보내면서 산화 피막을 형성하는 방법으로서 전류 효율이 좋고 통전량에 비례하여 산화 피막의 두께가 증가하게 된다.

또한, 황산법은 알루미늄 제품을 황산액에 넣고 교류를 보내면서 산화 피막을 형성하는 것으로서 황산의 농도가 낮을수록 피막이 단단하게 형성되며, 가격이 싸므로 널리 이용되고 있다.

또한, 크롬산법은 산화크롬 수용액에 알루미늄 제품을 넣고 교류를 보내면서 산화 피막을 형성하는 것으로서 내마모성은 작으나 내식성이 대단히 크다.

상기한 각 방법으로 알루미늄의 표면에 양극 산화처리를 실시하여 산화 피막을 형성하는 과정에서 시간의 변화를 주면 색조를 조절할 수 있게 되지만 시간의 조절을 통해 얻어지는 산화 피막의 색조는 엷은 색조에서 짙은 색조로, 예를 들면 엷은 브론즈색에서 흑색으로 변화하는 단일 계통의 색상만이 얻어지는 단점이 있다.

그에 따라 알루미늄의 표면에 다양한 색상의 도입을 도모하고자 산화 피막을 형성한 후 전해 착색이나 염료 착색 등의 착색 방법을 적용하여 색상을 도입하는 기술이 알려져 있으나 친환경적이지 못하고 칼라 구현의 한계 및 기술을 적용하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라 그 공정이 매우 복잡하여 불편하다는 단점을 가지고 있다.

그러므로 알루미늄 제품의 표면에 감성 컬러를 구현하여 제품의 품질을 높이면서도 친환경적인 기술이 요구되고 있다.

이러한 요구에 부응하여 본 발명에서는 알루미늄 제품의 표면에 천연 식물인 치자 또는 락의 추출물을 착색하여 소정의 공정을 통해 천연 색상을 구현하며 피막 내구성 강화 및 유아용 기구, 내외장 건축자재와 더불어 주방기기 및 가전제품에 적용이 가능한 천연 염료 착색 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 알루미늄을 양극 산화 처리 하여 천연 염료의 피막 시간 제어 및 리터당 분말 첨가량과 온도 제어의 확립으로 불량요인의 해결 및 피막 내구성과 흡착력을 강화한 알루미늄 제품을 얻는 것으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 다공질형 산화 피막층을 형성하는 단계, 천연 식물 추출물을 유효성분으로 하는 염색욕에 침지하여 염색 처리하는 단계 및 봉공 실링 처리하는 단계로 이루어진 것이 특징이다.

본 발명은 알루미늄을 양극 산화 처리하여 다공질형 산화 피막을 형성한 다음 천연 식물의 소재에서 추출한 염색 염료를 이용하여 알루미늄 산화 피막층을 염색 처리하는 방법으로서, 기존의 합성 염료에 비해 뛰어난 방청 효과와 더불어 태양광선에 대한 색상 내구성이 우수하여 천연 식물을 통한 추출물로 감성컬러를 구현함은 물론 친환경 제품으로 유아용 기구 및 내,외장 건축자재와 더불어 주방기기 및 가전제품에 적용이 가능하다.

본 발명의 천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 산성 수용액 중에서 양극 산화 처리하여 다공질형 산화 피막층을 형성하는 단계, 상기 다공질형 산화 피막층이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을, 천연 식물 추출물을 유효성분으로 하는 염색욕에 침지하여 염색 처리하는 단계 및 상기 염색 후 내구성 향상을 위해 봉공 실링 처리하는 단계로 이루어진다.

여기서, 상기 산성 수용액은 황산, 수산, 크롬산 또는 인산의 수용액이 바람직하다.

또한, 상기 천연 식물 추출물로는 염색에 적용할 수 있는 대부분의 천연 식물 추출물이 사용 가능하나 특히 치자 또는 락(Lac)의 추출물이 바람직하고, 이들의 잎, 꽃잎, 열매, 줄기 또는 뿌리 부분 중에 어느 부분 하나 이상의 추출물을 염료의 유효성분으로 사용하게 된다.

상기 치자 색소와 관련하여, 치자나무 과실로 부터 황색, 청색, 적색의 3종류 색소를 얻을 수 있는데, 일반적으로 사용되는 것은 황색이며 이것은 밝은 황색이 특징이다.

주 색소원은 카로티노이드계의 클로신(Crocine), 클로세틴(Crocetin)으로 카로티노이드계에서는 보기 드문 수용성이다.

치자 청색소는 치자를 효소반응 시켜 생성되어지는 색소로서 단독으로 사용되는 경우가 적고 주로 치자 황색소나 홍화 황색소와 배합하여 녹색으로 사용되는 경우가 많고 그 구조는 다음과 같다.

* Crocine structure

Chemical structure of carotenoid crocin - trans-crocetin di-(β-D-gentiobiosyl) ester. Saffron's golden yellow-orange colour is primarily the result of α-crocin. Created with ChemDraw.

* Crocetin structure

또한 천연식물 락 색소(Lac Color)는 패각충과(科) 락크패각층(Laccifer lacca KERR. Coccidae)의 유충이 분비하는 수지상물질을 물로 추출하여 얻어지는 색소로서 주 색소는 안트라퀴논계의 락카인산(Laccaic acid)이다. 코치닐색소에 비하여 상대적으로 밝기에서 다소 떨어지는 면이 있으나, 최근에 꾸준한 연구의 결과 내열, 내광성과 안정성이 다소 개선된 색소가 개발되었으며 코치닐 색소보다 가격이 싼 것이 장점이다.

* Laccaic acid structure

또한, 상기 본 발명에서의 양극산화 처리시간은 같은 염료일지라도 피막시간, 착색시간, 염료 농도에 따라 컬러가 제각각 다르게 나올 수 있으며 일반적으로 밝은 칼라를 구현하기 위해서는 착색시간이 짧고, 어두운 색일 경우 그 반대의 경우이며 본 발명에서는 0.5~1.5 시간 정도 진행되는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

[제1단계](다공질형 산화 피막층 형성)

염료의 흡착량과 흡착력을 증대시키기 위해 알미루늄을 황산, 수산, 크롬산, 인산 등의 산성 수용액 속에서 양극 산화 처리하면 다수의 미세공을 갖는 다공질형 산화 피막층을 형성한다.

연질 애노다이징 피막은 1

에서 1분에 약 0.28 미크론 오르며, 구리함유 재질(2000 계열)은 피막속도가 느리다.

한편, 알루미늄을 주석암모늄, 구연산, 말레이산, 붕산 등의 수용액 속에서 양극 산화 처리하면 미세공이 존재하지 않는 베리어형 산화 피막층이 형성된다.

알루미늄 산화 피막층을 염색 처리 시 미세공을 갖지 않은 베리어형 보다는 다수의 미세공을 갖는 다공질형 산화 피막층이 염료 흡착량 및 흡착력이 증가하여 염색 염료의 흡착 내구성이 우수하다.

따라서, 본 발명에서는 알루미늄과 염색 염료간의 양호한 흡착 내구성을 얻기 위하여 알루미늄을 다공질형 산화 피막층으로 양극 산화 처리 한다.

[제2단계](천연염료 착색)

다공질형 산화 피막층을 형성한 알루미늄을 천연 식물 중 치자 또는 락의 각 부분에서 추출한 염료를 유효성분으로 하는 염색욕에 침지하여 염색 처리를 행하는 것으로 세부적인 내용은 다음과 같다.

천연 식물 중 치자 또는 락의 각 부분이란 자연에 존재하는 식물의 잎, 꽃잎, 열매, 줄기, 뿌리에 해당한다. 추출한 염료란 천연 식물의 각 부분 중에서 어느 부분 하나 이상의 생즙 추출물, 열수 추출물 혹은 알코올 추출물에 해당한다.

염색 처리는 다공질형 산화 피막층을 형성한 알루미늄을 상온 이상의 염색욕에 통상적인 염색 처리방법으로 행하며 그 과정에서 염색욕의 온도가 높을수록 염색색도가 진하게 염색된다.(치자블루 60℃일 때 최적의 색도 구현) 염색을 보다 활성화하기 위해서는 매염제의 첨가와 염색욕의 온도 조절과 더불어 염료의 첨가량 조절, 염색욕의 pH 조절로 천연색상 구현이 가능하다.

[제3단계](봉공 실링)

천연 염색 처리 된 염색 염료의 내구성을 향상시키기 위해 봉공 실링처리를 행한다. 염색 처리 한 알루미늄 산화 피막 제품을 봉공 실링처리하면 산화 피막면의 수화반응에 의해 바이어라이트 또는 베마이트 수화물이 생성되는데 이 수화물이 흡착된 염료의 보호막 역할을 하여 염색 염료의 내구성을 향상시킨다.

도 1에는 상기 본 발명의 천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법에 의한 제품의 단면 설명도가 개시되어 있다.

도면에서와 같이, 알루미늄 합금 소재위에 다공질형 산화피막이 형성되고 그 사이에 천연 염료가 착색된 것을 알 수 있다.

또한, 도 2에는 봉공 실링 후, 도 3은 봉공 실링 후 도장 처리한 경우를 설명한다.

상기 본 발명의 천연 염료의 착색 공정은 기존 합성 염료의 양극 산화 처리 시 피막 형성까지의 공정은 동일하나 천연 염색 시에는 피막 시간 조정이 필요하고, 양극 산화의 전형적 불량요인인 색차, 얼룩, 무지개 색 등의 요인들을 천연 식물에서 추출한 염료를 사용하여 가장 이상적인 색상을 구현 하게 되며, 천연 염료로 염색 처리 된 표면의 내식성 및 내구성 향상을 위하여 실링 작업의 공정 표준화를 이룬 것이다.

즉, 본 발명에서는 알루미늄에 염료의 흡착량과 흡착력을 증대하여 피막 내구성 강화를 증대시키는 기술적 과제와 천연 염료를 통한 인체 무해한 친환경 천연 염색 알루미늄 양극 산화 공정을 개발한 것이다.

이하, 실시예를 통하여 좀 더 상세히 설명한다.

실시예 1

IT 부품(휴대폰, PMP, PDA, 디지털카메라 등)용 알루미늄 제품을 20% 황산 수용액에 양극산화 처리하여 다공질형 산화 피막층을 형성한 다음 치자 추출물 중 치자블루 염료를 유효성분으로 하는 60℃ 염색욕에 염료를 리터당 3그램을 첨가하여 60분간 침지 후 봉공처리를 행한 결과 태양광선에 색상내구성이 우수한 블루 색상으로 염색되었다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일한 알루미늄 제품을 착색 공정 전까지 동일 조건하에 처리한 후 천연식물 중, 락 추출물 레드 염료를 유효성분으로 하는 25~30℃ 염색욕에 염료를 리터당 3그램을 첨하여 30분간 침지 후 봉공처리를 행한 결과 매염제 첨가시에는 적보라 색상으로 염색되었으며 매염제 미 첨가시에는 밝은 보라색을 구현하는 우수한 색상으로 염색되었다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일한 알루미늄 제품을 착색 공정 전까지 동일 조건하에 처리한 후 치자 추출물 중, 엘로우 염료를 유효성분으로 하는 25~30℃ 염색욕에 리터당 1그램을 첨가하여 30분간 침지 후 봉공처리를 행한 결과 엘로우 색상으로 염색되었으며 sulfamic acid 첨가시에 착색이 원활이 구현되었다.

실시예 4(불량요인 해결)

기존 공정의 전형적 불량요인으로 무지개 색, 얼룩, 색차이 등의 불량이 나온다. 이와 같은 불량요인을 해결하기 위해서는 먼저 양극 산화시의 피막 시간을 조절하여 무지개 색 불량을 해결한다. 피막 시간이 낮을 경우 무지개 색의 불량 제품이 나왔다. 특히 천연 염료는 60분이 최적으로 화학염료 사용보다 높은 온도에서의 작업이 필요하다.

또한, 얼룩제거를 위해서는 양극 산화, 전처리 과정, 디스머트 중 황산의 완벽한 제거로 얼룩을 제거하며 염료의 온도 및 농도에 의하여 색상에 차이를 보였다. 온도가 높을수록 농도가 높을수록 색상이 밝고 흐리며 적정한 온도는 치자 블루의 경우 60℃, 락, 치자 25~30℃에서 최적의 착색이 구현되었다.

도 1은 본 발명의 천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법에 의한 제품의 단면 설명도

도 2는 봉공 실링 후의 단면 설명도

도 3은 봉공 실링 후 도장 처리한 경우의 단면 설명도

Claims (4)

1. 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 산성 수용액 중에서 양극 산화 처리하여 다공질형 산화 피막층을 형성하는 단계;

   상기 다공질형 산화 피막층이 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을, 천연 식물 추출물을 유효성분으로 하는 염색욕에 침지하여 염색 처리하는 단계; 및

   상기 염색 후 내구성 향상을 위해 봉공 실링 처리하는 단계;로 이루어진 천연식물을 이용한 알루미늄의 염색처리 방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 산성 수용액은 황산, 수산, 크롬산 또는 인산의 수용액인 것을 특징으로 하는 알루미늄의 염색처리 방법
3. 제1항에 있어서,

   상기 천연 식물 추출물은 치자 또는 락의 추출물인 것을 특징으로 하는 알루미늄의 염색처리 방법
4. 제1항에 있어서,

   상기 양극 산화 처리는 0.5~1.5 시간 진행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄의 염색처리 방법

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