KR20220160736A

KR20220160736A - 시온안료 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20220160736A
Application number: KR1020210068747A
Authority: KR
Inventors: 문치원; 김진모; 전승엽; 이호준; 조주호; 민지혜
Original assignee: (주) 씨에프씨테라메이트
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-12-06
Also published as: KR102643150B1

Abstract

본 발명은 특정 파장 영역의 투과율 또는 반사율에 변하는 시온안료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 상온에서 고온으로 온도가 증가함에 따라 가시광 영역에서 반사율의 변화로 인해 온도에 따른 색차가 발생하여 육안으로 변색이 확인 가능하고, 고온에서 상온으로 온도가 감소함에 따라 역으로 색상이 변색되는 가역적 특성을 가지며, 최적의 제조 공정을 통해 내후성을 향상되어 장기 보관이 가능한 결정형의 시온안료 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

시온안료 및 이의 제조방법 {Thermochromic pigment and method for preparing thereof}

열 변색(thermo-chromic) 특성은 물질이 특정한 온도 영역에서 광학적 변화를 일으키는 성질로서, 비스무트 바나데이트(Bismuth(III) vanadate, BiVO₄)가 열 변색 특성을 갖는 대표적인 화합물로 알려져 있다. 비스무트 바나데이트는 황색 계통의 대표적인 무기 안료이고, 카드뮴이나 납과 같은 중금속을 함유하고 있는 유독성 황색 안료를 대체하여 이용되고 있다.

비스무트 바나데이트의 열 변색 매커니즘은 온도로 인한 상전이(phase transition: monoclinic scheelite - tetragonal scheelite)에 의하고, 상기 상전이 온도인 255 ℃에서 단사정계(monoclinic) 구조에서 정방정계(tetragonal) 구조로 상전이 되어 노란색에서 오렌지색으로 색이 변화하고, 이러한 색 변화는 가역적이다.

한편, 열원에 대한 사용자의 화상을 예방하기 위한 용도로 안료를 이용하기 위해서는 온도 변화에 따른 색 변화 여부를 사용자가 육안으로 명확하게 인식하여야 한다. 하지만, 안료 회사의 비스무트 바나데이트 제품은 상온에서부터 약 200℃의 온도 범위에서 그 색 변화를 사용자가 육안으로 시인할 수 있을 만큼 색 대비가 크지 않아 상기와 같은 용도로 이용하기에 적절하지 않은 단점이 있다.

따라서, 전술한 문제점을 보완하기 위해 본 발명가들은 상온에서부터 100 내지 300 ℃의 온도 범위에서 색차가 증가하여, 육안으로 색상의 변화를 확인할 수 있는 시온안료의 개발이 시급하다 인식하여, 본 발명을 완성하였다.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0113782호 대한민국 등록특허공보 제10-1761286호

본 발명의 목적은 상온 및 고온에서 가역적으로 색이 변하면서, 온도에 따른 색차가 커 육안으로 변색이 확인 가능하고, 최적의 열처리를 통해 내후성을 향상되어 장기 보관이 가능한 결정형의 시온안료를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상온 및 고온에서 가역적으로 색이 변하면서, 온도에 따른 색차가 커 육안으로 변색이 확인 가능하고, 최적의 열처리를 통해 내후성을 향상되어 장기 보관이 가능한 결정형태인 시온안료의 제조방법을 제공하는 것이다.

발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 온도에 따라 변색되는 시온안료 및 이의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 바나듐(vanadium, V) 및 비스무스(bismuth, Bi)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시온안료을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 시온안료는 상온(20 내지 25℃)에서 나타내는 색의 CIELAB 좌표값은 L^*은 75 내지 88, a^*은 5 내지 15 및 b^*은 50 내지 75인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 시온안료는 200 ℃의 온도에서 나타나는 색의 CIELAB 좌표와 상온(20 내지 25℃)에서 나타내는 색의 CIELAB 좌표에서 Δb^*의 값이 20 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 시온안료는 200 ℃의 온도에서 나타나는 색의 CIELAB 좌표와 상온(20 내지 25℃)에서 나타내는 색의 CIELAB 좌표에서 ΔE^* _ab의 값이 20 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 시온안료는 상온 또는 실온에서 Cu-Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회절 패턴 피크가 회절각 2θ에서 18.68±0.2, 18.98±0.2, 28.60±0.2, 28.84±0.2, 28.92±0.2, 30.54±0.2, 34.46±0.2 및 35.18±0.2에서 피크를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 시온안료는 200℃의 온도에서 Cu-Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회절 패턴 피크가 회절각 2θ에서 18.72±0.2, 18.90±0.2, 28.62±0.2, 28.86±0.2, 30.48±0.2, 34.60±0.2 및 35.02±0.2에서 피크를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시온안료의 제조방법을 제공한다.

(S1) 바나듐(vanadium, V) 및 비스무스(bismuth, Bi) 전구체 용액을 제조하는 단계;

(S2) 상기 바나듐 및 비스무스 전구체 용액을 혼합하여 침전물을 형성하는 단계;

(S3) 상기 침전물을 열처리하는 단계; 및

(S4) 상기 열처리된 침전물을 분쇄하여 시온안료를 제조하는 단계.

본 발명에 있어서, 상기 (S1) 단계는 하기의 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

(S1A) 바나듐 원료를 물(H₂O)에 첨가하여 바나듐 전구체 용액을 제조하는 단계; 및

(S1B) 비스무스 원료를 물(H₂O)에 첨가하여 비스무스 전구체 용액을 제조하는 단계.

본 발명에 있어서, 상기 바나듐 원료는 메타바나듐산 암모늄(Ammonium metavanadate, NH₄VO₃), 오소바나데이트 나트륨(Sodium orthovanadate, Na₃VO₄ · 2H₂O), 메타바나듐산나트륨 (Sodium metavanadate, NaVO₃) 및 바나듐 산화물(Vanadium(V) oxide, V₂O₅)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 상기 비스무스 원료는 질산비스무스(Bismuth nitrate, Bi(NO₃)₃)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 (S2) 단계는 하기의 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

(S2A) 상기 바나듐 및 비스무스 전구체 용액을 혼합하는 단계;

(S2B) 상기 혼합물을 20 내지 90 ℃에서 교반하여 침전물을 형성하는 단계; 및

(S2C) 상기 침전물을 여과하여 건조하는 단계.

본 발명에 있어서, 상기 (S3) 단계는 상기 침전물을 400 내지 1000 ℃에서 0.1 내지 24 시간 동안 열처리하는 단계;인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 (S4) 단계는 상기 열처리된 침전물을 0.1 내지 50 ㎛로 분쇄하여 시온안료를 제조하는 단계;인 것을 특징으로 한다.

상기 온도에 따라 변색되는 시온안료 및 이의 제조방법에서 언급된 모든 사항은 모순되지 않는 한 동일하게 적용된다.

본 발명의 온도에 따라 변색되는 시온안료 및 이의 제조방법은 상온 및 고온에서 가역적으로 색이 변하면서, 온도에 따른 색차가 커 육안으로 변색이 확인 가능하고, 최적의 열처리를 통해 내후성을 향상되어 장기 보관이 가능하다.

또한, 본 발명의 온도에 따라 변색되는 시온안료 및 이의 제조방법은 특정 온도에서의 색 대비 효과가 우수하여 프라이팬, 냄비 등 주방용품과 고온 파이프 등에 적용될 수 있으며, 바나듐 및 비스무스를 유효성분으로 포함함으로써 무독성을 가질 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 실시예 1에 제조된 본 발명에 따른 시온안료를 (a) 상온(25 ℃) 및 (b) 200 ℃에서 X선 회절 분석기(X-ray diffractometry, XRD)를 이용하여 X선 분말 회절 패턴이다.
도 2는 실시예 1에 제조된 본 발명에 따른 시온안료의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 표면 이미지이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 시온안료의 가역성을 확인한 이미지이다.
도 4는 열처리 유무에 따른 시온안료의 가역성 및 내후성을 확인한 이미지이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당하는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 기술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 아니함은 자명하다.

시온안료

본 발명은 바나듐(vanadium, V) 및 비스무스(bismuth, Bi)를 포함하는 안료을 제공한다.

상기 시온안료는 온도에 따라 가역적일 수 있다. 본 발명에서 "가역적"이라 함은 온도가 상승한 경우 색이 변화하고, 다시 온도가 내려가면 원래의 색으로 복원되는 것을 의미한다.

상기 시온안료는 상온 또는 실온 온도 범위인 20 내지 25℃에서 특정 색(이하, 상온 색)을 나타내되, 주변 온도가 상승함에 따라 색이 변화하여 상온 색과 다른 색을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 상기 시온안료는 70 내지 300 ℃에서 가시광 반사율의 변화에 따라 상온 색과 구별되는 다른 색으로 나타날 수 있는데, 보다 구체적으로 온도가 200 내지 300 ℃로 온도가 상승한 경우 상온 색과 비교하여 다른 색을 나타낼 수 있고, 100℃ 내지 200 ℃ 온도 범위에서 나타내는 색과도 다른 색을 나타낼 수 있다.

상기 시온안료는 상기 시온안료는 상온(20 내지 25℃)에서 나타내는 색의 CIELAB 좌표값은 L^*은 75 내지 88, a^*은 5 내지 15 및 b^*은 50 내지 75일 수 있다.

또한, 상기 시온안료는 200 ℃의 온도에서 나타나는 색의 CIELAB 좌표와 상온(20 내지 25℃)에서 나타내는 색의 CIELAB 좌표에서 Δb^*의 값이 20 이상일 수 있다.

게다가, 상기 시온안료는 200 ℃의 온도에서 나타나는 색의 CIELAB 좌표와 상온(20 내지 25℃)에서 나타내는 색의 CIELAB 좌표에서 ΔE^* _ab의 값이 20 이상일 수 있다.

본 발명에 사용된 용어 상기 “CIELAB”은 인간 감성에 접근하기 위하여 연구된 결과로 인간이 색채를 감지하는 노랑-파랑, 초록-빨강의 반대색설에 기초하여 CIE에서 정의한 색 공간을 의미한다.

본 발명에 사용된 용어 상기 “L^*”은 0~100까지의 단계로 표현 가능한 반사율(인간의 시감과 같은 명도)을 의미한다.

본 발명에 사용된 용어 상기 “a^*”는 색도 다이어그램으로 양(+)의 값을 갖는 a^*는 빨강 색도의 다이어그램을 나타내며, 음(-)의 값을 갖는 a^*는 초록 색도의 다이어그램을 나타낸다.

본 발명에 사용된 용어 상기 “b^*”은 색도 다이어그램으로 양(＋)의 값을 갖는 b^*는 노랑 색도의 다이어그램을 나타내며, 음(-)의 값을 갖는 b^*는 파랑 색도의 다이어그램을 나타낸다.

본 발명에 사용된 용어 상기 “ΔE^* _ab”은 KS A 0063:2015 색차 표시 방법’ 이라는 한국산업표준 문헌에 개시된 용어로, 상기 L^*, a^* 및 b^* 표색계에 의한 색차을 의미한다.

상기 시온안료는 상온 또는 실온에서 Cu-Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회절 패턴 피크가 회절각 2θ에서 18.68±0.2, 18.98±0.2, 28.60±0.2, 28.84±0.2, 28.92±0.2, 30.54±0.2, 34.46±0.2 및 35.18±0.2에서 피크를 나타낼 수 있다.

또한, 상기 시온안료는 200℃의 온도에서 Cu-Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회절 패턴 피크가 회절각 2θ에서 18.72±0.2, 18.90±0.2, 28.62±0.2, 28.86±0.2, 30.48±0.2, 34.60±0.2 및 35.02±0.2에서 피크를 나타낼 수 있다.

상기 시온안료가 온도에 따라 다른 X선 분말 회전 패턴을 갖는 것은 상기 시온안료 내의 전자공여체와 전자수용체 사이의 결합 유무에 따른 것이라 할 수 있다.

시온안료의 제조방법

본 발명은 하기의 단계를 포함하는 시온안료의 제조방법을 제공한다.

(S3) 상기 침전물을 열처리하는 단계; 및

상기 시온안료는 앞서 언급한 바와 동일하다.

상기 (S1) 단계는 바나듐 및 비스무스 전구체 용액을 제조하는 단계로서, 하기의 단계로 구성될 수 있다.

(S1B) 비스무스 원료를 물에 첨가하여 비스무스 전구체 용액을 제조하는 단계.

상기 바나듐 원료는 메타바나듐산 암모늄(Ammonium metavanadate, NH₄VO₃), 오소바나데이트 나트륨(Sodium orthovanadate, Na₃VO₄ · 2H₂O), 메타바나듐산나트륨 (Sodium metavanadate, NaVO₃) 및 바나듐 산화물(Vanadium(V) oxide, V₂O₅)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 바나듐 전구체는 0.005 내지 2.0 M 농도를 가질 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 1.00 M 농도를 가질 수 있고, 가장 바람직하게는 0.03 내지 0.12 M 농도를 가질 수 있다.

상기 비스무스 원료는 질산비스무스(Bismuth nitrate, Bi(NO₃)₃)일 수 있으며, 상기 비스무스 원료는 질산비스무스 5수화물(Bismuth(Ⅲ) nitrate pentahydrate, Bi(NO₃)₃·5H₂O)을 사용하여도 무방하다.

상기 (S2) 단계는 바나듐 및 비스무스를 포함하는 결정성을 갖는 침전물을 제조하는 단계로서, 하기의 단계로 구성될 수 있다.

(S2C) 상기 침전물을 여과하여 건조하는 단계.

상기 (S2A) 단계에서 상기 바나듐 전구체 및 비스무스 전구체는 0.95 내지 1.05 (바나듐 전구체) : 0.95 내지 1.05 (비스무스 전구체)의 mole비로 혼합될 수 있으며, 보다 바람직한 혼합 비율은 0.97 내지 1.03 (바나듐 전구체) : 0.97 내지 1.03 (비스무스 전구체)의 mole비로 혼합할 수 있다.

상기 (S2B) 단계는 상기 혼합물을 20 내지 90 ℃에서 1 내지 240 시간 동안 교반할 수 있고, 바람직하게는 상기 혼합물을 20 내지 90 ℃에서 1 내지 192 시간 동안 교반하여 반응시킬 수 있다.

상기 (S2C) 단계는 상기 (S2B) 단계에서 형성된 침전물을 여과(또는 필터)하고 이를 세척하여 건조하는 단계일 수 있다.

상기 여과된 침전물은 물, 메탄올, 에탄올, 아세톤 등으로 세척할 수 있으며, 상기 침전물의 화학적 또는 물리적 성질에 영향을 주지 않는 용매라면 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 건조는 80 내지 100 ℃에서 수행될 수 있고, 1 내시 48 시간 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 12 내지 36 시간 동안 수행될 수 있으며, 상기 침전물의 건조가 완료되는 시간이라면 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 (S3) 단계는 상기 침전물을 열처리하는 단계로서, 보다 구체적으로 상기 침전물을 400 내지 1000 ℃에서 0.1 내지 24 시간 동안 열처리하는 단계일 수 있다.

상기 열처리 단계를 통해 본 발명에 따른 상기 시온안료의 내구성이 향상될 수 있어 장기간 보관에 용이할 수 있으며, 특정 온도에서의 색 대비 효과가 우수할 수 있다.

상기 (S4) 단계는 상기 열처리된 침전물을 0.1 내지 50 ㎛로 분쇄하여 시온안료를 제조하는 단계일 수 있다.

또한, 상기 열처리된 침전물은 0.1 내지 50 ㎛로 분쇄하고, 상기 분쇄된 안료를 25 ㎛ 미만으로 분급하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.

본 발명의 온도에 따라 변색되는 시온안료 및 이의 제조방법은 특정 온도에서의 색 대비 효과가 우수하여 프라이팬, 냄비 등 식생품에 적용될 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시를 완전하게 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

실시예 1. 시온안료 제조

0.003 mole의 메타바나듐산 암모늄(Ammonium metavanadate, NH₄VO₃)을 100 ml의 물(H₂O)에 첨가하고, 0.003 mole의 질산비스무스 5수화물(Bismuth(Ⅲ) nitrate pentahydrate, Bi(NO₃)₃·5H₂O)을 40 ml의 물에 첨가하여 바나듐 전구체 용액 및 비스무스 전구체 용액을 제조하였다. 상기 바나듐 전구체 용액 및 비스무스 전구체 용액을 1:1의 mole로 혼합하고, 70 ℃에서 120 시간 동안 교반하여 바나듐 및 비스무스를 포함하는 침전물을 형성하였다. 상기 침전물을 여과지를 이용하여 여과하고, 상기 여과된 침전물을 물을 이용하여 3회 세척한 후, 85 ℃에서 24시간 동안 건조하였다. 사이 건조된 침전물을 550 ℃에서 5시간 동안 열처리하고 분쇄한 후 25 ㎛ 크기를 갖는 체(sieve)에 걸러 본 발명에 따른 시온안료를 제조하였다.

비교예 1. 비교 시온안료 제조

상시 실시예 1과 모든 과정을 동일하게 진행하되, 열처리만을 수행하지 않은 비교 시온안료를 제조하였다.

실험예 1. 시온안료 물성 확인

1.1. X선 분말 회절 패턴 확인

본 발명에 따른 시온안료의 X선 분말 회절 패턴을 확인하기 위해, 상기 실시예 1에 제조된 시온안료를 상온(25 ℃) 및 200 ℃에서 X선 회절 분석기(X-ray diffractometry, XRD)를 이용하여 X선 분말 회절 패턴을 확인하였으며, 이를 도 1에 나타내었다.

도 1을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 시온안료는 시온안료는 상온(25 ℃)에서 Cu-Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회전 패턴 피크가 회절각 2θ에서 18.68±0.2, 18.98±0.2, 28.60±0.2, 28.84±0.2, 28.92±0.2, 30.54±0.2, 34.46±0.2 및 35.18±0.2에서 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 시온안료는 시온안료는 200 ℃에서 Cu-Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회전 패턴 피크가 회절각 2θ에서 18.72±0.2, 18.90±0.2, 28.62±0.2, 28.86±0.2, 30.48±0.2, 34.60±0.2 및 35.02±0.2에서 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

상기 실시예 1에서 제조된 본 발명에 따른 시온안료가 온도에 따라 다른 X선 분말 회전 패턴을 갖는 것은 상기 시온안료가 갖는 결정구조가 온도에 의해 변화되어 상기 시온안료의 가시광 반사율도 변화됨으로써 상기 시온안료의 색 차이가 발생하는 것이라 할 수 있다.

1.2. 시온안료 표면 모폴로지 확인

본 발명에 따른 시온안료의 표면 모폴로지를 확인하기 위해, 상기 실시예 1에 제조된 시온안료에 대해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 상기 시온안료의 표면을 측정하였으며, 이를 도 2에 나타내었다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 시온안료(실시예 1)가 0.1 내지 50 ㎛ 입자 크기를 가지면서, 결정성을 갖는 구조임을 확인할 수 있다.

실험예 2. 온도에 따른 변색 확인

본 발명에 따른 시온안료가 온도에 따라 변색되는 것을 확인하기 위해, 상기 실시예 1에 제조된 시온안료에 대해 (a) 상온(25 ℃), (b) 200 ℃ 및 (c) 다시 25 ℃로 냉각한 후 이미지를 촬영하였으며, 이를 도 3에 나타내었다.

도 3을 참조하면, (a) 아무런 열을 가하지 않은 상온 상태의 시온안료(실시예 1)는 노랑색을 나타내며, 이를 (b) 200 ℃까지 온도를 가했을 때 주황색을 띄는 것을 확인할 수 있다. (c) 상기 시온안료를 다시 상온으로 냉각하였을 때 가역적으로 노랑색을 띄는 것을 확인할 수 있다.

상기 결과로부터, 본 발명에 따른 시온안료가 가역성을 가지면서 온도에 따라 변색되는 것을 확인할 수 있다.

실험예 3. 열처리 유무에 따른 내후성 확인

본 발명에 따른 시온안료의 열처리 유무에 따른 내후성을 확인하기 위해, 상기 실시예 1 및 비교예 1에 제조된 시온안료에 대해 (a) 상온(25 ℃), (b) 200 ℃ 및 (c) 다시 25 ℃로 냉각한 4일 뒤 이미지를 촬영하였으며, 이를 도 4에 나타내었다.

도 4를 참조하면, 비교 시온안료(비교예 1)의 경우, 상온에서 200 ℃로 온도를 가했을 때 색차가 작으며, 다시 상온으로 냉각했을 때 가역적으로 원색으로 회귀 되지 않는 것을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명에 따른 시온안료(실시예 1)의 경우 상온에서 200 ℃로 온도를 가했을 때 색차가 크고, 다시 상온으로 냉각했을 때 가역적으로 원색으로 회귀 되는 것을 확인할 수 있다.

상기 결과로부터, 본 발명에 따른 시온안료가 보다 내후성이 우수하여 장기간 보관에 용이함을 입증한 것이라 할 수 있다.

이상 설명으로부터, 본 발명에 속하는 기술 분야의 당 업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

Claims

바나듐(vanadium, V) 및 비스무스(bismuth, Bi)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시온안료.
제1항에 있어서,
상기 시온안료는 상온(20 내지 25℃)에서 나타내는 색의 CIELAB 좌표값은 L^*은 75 내지 88, a^*은 5 내지 15; 및 b^*은 50 내지 75인 것을 특징으로 하는 시온안료.
제1항에 있어서,
상기 시온안료는 200 ℃의 온도에서 나타나는 색의 CIELAB 좌표와 상온(20 내지 25℃)에서 나타내는 색의 CIELAB 좌표에서 ΔE^* _ab의 값이 20 이상인 것을 특징으로 하는 시온안료.
제1항에 있어서,
상기 시온안료는 상온 또는 실온에서 Cu-Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회절 패턴 피크가 회절각 2θ에서 18.68±0.2, 18.98±0.2, 28.60±0.2, 28.84±0.2, 28.92±0.2, 30.54±0.2, 34.46±0.2 및 35.18±0.2에서 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 시온안료.
제1항에 있어서,
상기 시온안료는 200℃의 온도에서 Cu-Kα 방사선을 사용하는 X선 분말 회절 패턴 피크가 회절각 2θ에서 18.72±0.2, 18.90±0.2, 28.62±0.2, 28.86±0.2, 30.48±0.2, 34.60±0.2 및 35.02±0.2에서 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 시온안료.
(S1) 바나듐(vanadium, V) 및 비스무스(bismuth, Bi) 전구체 용액을 제조하는 단계;
(S2) 상기 바나듐 및 비스무스 전구체 용액을 혼합하여 침전물을 형성하는 단계;
(S3) 상기 침전물을 열처리하는 단계; 및
(S4) 상기 열처리된 침전물을 분쇄하여 시온안료를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시온안료의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 (S1) 단계는
(S1A) 바나듐 원료를 물(H₂O)에 첨가하여 바나듐 전구체 용액을 제조하는 단계; 및
(S1B) 비스무스 원료를 물에 첨가하여 비스무스 전구체 용액을 제조하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 시온안료의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 바나듐 원료는 메타바나듐산 암모늄(Ammonium metavanadate, NH₄VO₃), 오소바나데이트 나트륨(Sodium orthovanadate, Na₃VO₄ · 2H₂O), 메타바나듐산나트륨 (Sodium metavanadate, NaVO₃) 및 바나듐 산화물(Vanadium(V) oxide, V₂O₅)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고,
상기 비스무스 원료는 질산비스무스(Bismuth nitrate, Bi(NO₃)₃)인 것을 특징으로 하는 시온안료의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 (S2) 단계는
(S2A) 상기 바나듐 및 비스무스 전구체 용액을 혼합하는 단계;
(S2B) 상기 혼합물을 20 내지 90 ℃에서 교반하여 침전물을 형성하는 단계; 및
(S2C) 상기 침전물을 여과하여 건조하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 시온안료의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 (S3) 단계는 상기 침전물을 400 내지 800 ℃에서 0.1 내지 24 시간 동안 열처리하는 단계;인 것을 특징으로 하는 시온안료의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 (S4) 단계는 상기 열처리된 침전물을 0.1 내지 50 ㎛로 분쇄하여 시온안료를 제조하는 단계;인 것을 특징으로 하는 시온안료의 제조방법.