KR20240033949A - 티타늄산화물 무기안료 입자 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자는, 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역; 상기 제1 영역을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역; 및 상기 제2 영역을 감싸면서 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역을 포함하며, 상기 제1 영역이 나타내는 노란색 계열의 색, 상기 제2 영역이 나타내는 남색 계열의 색 및 상기 제3 영역이 나타내는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내며, 상기 제1 영역은 적외선을 반사하도록 구성된다.
Description
본 발명은 티타늄산화물 무기안료 입자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
근래에는 하절기 냉방 전력 절감을 통한 에너지절약, 이산화탄소 저감 등의 관점에서 태양광 중에 포함된 적외선을 효과적으로 흡수, 반사할 수 있는 적외선 차폐 물질에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서, 외장도료에 적용하여 효과적으로 적외선을 제어할 수 있는 무기안료에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
이와 관련하여, 종래에는 “적외선 차폐용 무기안료 및 이를 이용한 차열성 도료”(등록특허공보 제10-1778472호)가 개시된 바 있다.
이러한 적외선 차폐용 무기안료 및 이를 이용한 차열성 도료는 근적외선 영역의 파장을 흡수 및 반사하는 차열효과가 우수한 적외선용 무기안료를 제공하고, 적외선용 무기안료를 함유한 차열성 도료를 제공하는 기술이었다.
또한, 종래에는 “백색 또는 적색 적외선 차폐안료를 포함한 적외선 차폐 도료 및 그 제조방법”(등록특허공보 제10-1321697호)가 개시된 바 있다.
이러한 백색 또는 적색 적외선 차폐안료를 포함한 적외선 차폐 도료 및 그 제조방법은 금속산화물이 피복된 판상의 백색 또는 적색의 안료를 포함한 적외선 차폐도료 및 그 제조방법에 관한 것이었다. 특히, 적외선 영역의 높은 반사율과 280 내지 2500nm 영역의 높은 가시광 및 적외선 차폐성을 지니며, 외광의 장시간 노출에 있어도 색도 변화가 적은 안정적인 적외선 차폐층을 형성하는 도료, 그 제조방법 및 그에 의해 제조된 이중층 도막을 제공하는 기술이었다.
한편, 단열 및 차열성능이 보완된 복합방수시트 또는 필름에 대한 연구개발도 진행되고 있다.
이와 관련하여, 종래에는 “내후성 및 열차단 성능이 향상된 조광필름용 자외선 경화형 조성물 및 이에 의해 형성된 조광필름”(등록특허공보 제10-1887670호)가 개시된 바 있다.
이러한 내후성 및 열차단 성능이 향상된 조광필름용 자외선 경화형 조성물 및 이에 의해 형성된 조광필름은 전기 온, 오프 스위칭에 따라, 투과율 및 헤이즈 등 광학특성이 조절되는 조광필름에 있어서, 내후성 및 열차단 성능이 향상된 자외선 경화성 조성물 및 이를 활용하여 제조된 조광필름에 관한 것으로, 자동차 썬루프를 포함하는 자동차 윈도우와 건물 윈도우 등에 적용하여 개인의 프라이버시 확보와 동시에, 적외선 차단율을 제어하기 위한 기술이었다.
하지만, 이러한 종래기술들은 무기안료의 물성을 이용하여 적외선 효과적으로 차단하기 힘들며, 적외선 차단 효과도 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 따라, 천연 무기안료를 이용하여 적외선을 효과적으로 차단할 수 있고, 또한 이러한 무기안료의 적외선 차단 효과를 이용하여 도료를 제조하거나, 열차단용 필름 또는 시트에 대한 연구개발이 계속해서 요구되고 있는 실정이다.
한편, 화장품 산업은 단순한 화장기능에서 기능성이 부여된 화장품으로 급속히 변화하고 있으며, 유효성분의 개발, 유효성분의 효능과 안전성의 평가, 피부 안전성과 흡수성이 뛰어난 담체 개발이 중요한 연구개발 과제로 떠오를 것으로 전망된다.
기능성 화장품은 피부 미백, 주름 개선, 자외선 차단의 단일 기능성만을 강조한 화장품이 가장 많이 사용되며, 두 가지의 기능성을 혼합한 기능성 화장품의 경우 미백과 주름 개선의 기능을 혼합한 제품이 가장 많이 사용되고 있다.
그러나, 기능성 화장품의 개발은 환경호르몬이나 유전자변형에 따른 화장품 성분에 대한 문제점이 심각하게 대두되면서 '천연성'을 선호하는 소비자 심리가 반영되어 천연물을 중심으로 한 기능성 화장품의 수요가 증가하고 있다.
또한, 태양광에 의한 노화는 UV에 의한 광노화와 근적외선에 의한 열노화로 나뉜다. 광노화 현상은 거친 주름, 불균일한 색소침착, 피부 탄력 손실, 피부 베리어 기능의 교란, 피부암 등과 연관되며, 자외선의 노출을 피하면 예방할 수 있는 피부 노화 현상이다(대한민국 등록특허 제10-1148427호). 자외선은 파장에 따라 UVA, UVB, UVC로 나뉘며 이 중 지표면 도달률은 UVA가 95 %, UVB가 5 %이다. UV 영역 중 파장이 가장 긴 UVA는 진피층까지 도달할 수 있기 때문에 광노화의 직접적인 원인이 된다. 시판되고 있는 자외선 차단제는 에틸헥실메톡시신나메이트와 같은 화학적 자외선 차단제나 ZnO, TiO2와 같은 물리적 자외선 차단제를 혼합하여 제작되고 있다. 최근에는 태양에너지의 약 54 %를 구성하는 근적외선-적외선(700-3000 nm)이 피부 온도를 증가시켜 피부 노화(열노화)를 촉진시키는 환경인자들 중 하나임이 밝혀졌고 한 연구에 따르면 북위 37 ℃인 서울의 한 여름 정오 햇볕 아래서 20 분 만에 진피 내 온도가 40℃ 이상 오른다고 언급하였다
그러나 IRA도 UVA와 마찬가지로 피부로 침투되면 Reactive Oxygen Species (ROS)를 방출하며 이로 인해 다양한 단백질의 발현을 촉진시킨다. 인체가 태양광에 노출되었을 때 UV 영역은 혈액에 다량으로 존재하는 Oxyhemoglobin (HbO2), Deoxyhemoglobin (Hb), Melanin 등에 의해 흡수되고 적외선 영역은 혈액 내의 물에 의해 흡수된다. 하지만 근적외선(NIR) 영역(700-1400 nm)을 차단할 수 있는 물질이 체내에 거의 존재하지 않아 인체는 근적외선의 창 (NIR window)으로 불린다.
한편, 크롬 옥사이드, 크롬 하이드로사이드 등 크롬 화합물은 아이라이너, 메이크업베이스 등 화장품용 무기안료 소재로 사용되고 있다. 최근 메이크업 화장품에서 수용성 크롬의 안정성 문제가 대두되고 있다. 3가 크롬은 인체에 필요한 필수 원소이지만, 6가 크롬은 피부에 직접적인 자극 및 알레르기 유발하는 것으로 알려져 있다. 최근 개정된 화장품 안전기준은 크롬을 화장품 원료로 사용할 수 없는 중금속 중 하나로 분류하고 있다.
이러한 점들을 고려하여 적외선을 차단할 수 있으면서, 화장품용 천연 무기안료 소재로 사용될 수 있는 안전한 물질에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은 중금속 물질이 도핑되어 있지 않을 뿐만 아니라 다른 물질이 코팅되지 않음에도 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내며, 적외선을 효과적으로 차단할 수 있는 티타늄산화물 무기안료 입자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자는, 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역; 상기 제1 영역을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역; 및 상기 제2 영역을 감싸면서 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역을 포함하며, 상기 제1 영역이 나타내는 노란색 계열의 색, 상기 제2 영역이 나타내는 남색 계열의 색 및 상기 제3 영역이 나타내는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내며, 상기 제1 영역은 적외선을 반사하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 제1 영역은 N-doped TiO2로 구성되고, 상기 제2 영역은 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)와 암염(rock salt) 구조를 이루는 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)로 혼합 구성되며, 상기 제3 영역은 N-doped TiO2로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 70 내지 86%의 적외선 반사율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 70 내지 84%의 가시광선 반사율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 700 내지 730℃의 온도에서 14시간 동안 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 480 내지 580℃의 온도에서 5시간 동안 산화 반응시킬 경우, 적외선 반사율이 75.5 내지 76.5%일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 700 내지 730℃의 온도에서 14시간 동안 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 480 내지 580℃의 온도에서 5시간 동안 산화 반응시킬 경우, 가시광선 반사율 및 적외선 반사율을 포함하는 총 반사율이 75.0 내지 75.9%일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 700℃의 온도에서 14시간 동안 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 560 내지 580℃의 온도에서 5시간 동안 산화 반응시킬 경우, 적외선 반사율이 84.6 내지 85.1%일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 700℃의 온도에서 14시간 동안 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 560 내지 580℃의 온도에서 5시간 동안 산화 반응시킬 경우, 가시광선 반사율 및 적외선 반사율을 포함하는 총 반사율이 78.9 내지 81.2%일 수 있다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법은, (a) 원료물질로 흰색의 이산화티탄 입자를 준비하는 단계; (b) 상기 이산화티탄 입자를 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 질소가 함유된 가스를 흘려주면서 질화 환원 반응시켜 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자를 형성하는 단계; (c) 상기 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자를 질화 환원 반응시켜 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자 표면에 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역이 형성되게 함으로써 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역과 상기 제1 영역을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역이 형성된 제2 입자를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 제2 입자를 산화 반응시켜 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역 표면에 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역이 형성되게 하는 단계를 포함하며, 상기 제1 영역이 나타내는 노란색 계열의 색, 상기 제2 영역이 나타내는 남색 계열의 색 및 상기 제3 영역이 나타내는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내고, 상기 제1 영역은 적외선을 반사하도록 구성된다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법에 있이서, 상기 (c) 단계의 질화 환원 반응은 상기 제1 입자를 680 내지 750℃의 온도에서 질화 환원 반응시켜 제2 입자를 형성하고, 상기 (d) 단계의 산화 반응은 제2 입자를 480 내지 580℃의 온도에서 산화 반응시킬 수 있다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계의 질화 환원 반응은 12 내지 16시간 동안 반응이 이루어지며, 상기 (d) 단계의 산화 반응은 4 내지 6시간 동안 반응이 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용한 도료는, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용하여 제조된다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용한 열차단 필름은, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용하여 제조된다.
본 발명은 중금속 물질이 도핑되어 있지 않을 뿐만 아니라 다른 물질이 코팅되지 않음에도 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 발현할 수 있다.
본 발명은 티타늄산화물 무기안료 입자 제조방법에 의하면, Mn, Cr, Fe 등과 같은 중금속 물질의 도핑이 없이도 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내는 티타니아 입자를 제조할 수가 있다.
본 발명은 노란색을 나타내는 제1 영역을 원료물질인 이산화티탄을 이용하여 질화 환원 반응시킨 후, 이를 산화 반응시킴으로써 효율적으로 적외선을 차단할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제1 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 7은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제2 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 8은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제3 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9는 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제4 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 질화 환원 온도에 따라 제2 영역의 색 변화하는 예와 제2 영역의 투과율에 따라 색 조합되어 나타나는 색상이 변화하는 예를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 11은 산화 온도에 따라 제3 영역의 색 변화하는 예와 제3 영역의 투과율에 따라 색 조합되어 나타나는 색상이 변화하는 예를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제1 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 7은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제2 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 8은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제3 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9는 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제4 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 질화 환원 온도에 따라 제2 영역의 색 변화하는 예와 제2 영역의 투과율에 따라 색 조합되어 나타나는 색상이 변화하는 예를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 11은 산화 온도에 따라 제3 영역의 색 변화하는 예와 제3 영역의 투과율에 따라 색 조합되어 나타나는 색상이 변화하는 예를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설치된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자는, 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역; 상기 제1 영역을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역; 및 상기 제2 영역을 감싸면서 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역을 포함하며, 상기 제1 영역이 나타내는 노란색 계열의 색, 상기 제2 영역이 나타내는 남색 계열의 색 및 상기 제3 영역이 나타내는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내며, 상기 제1 영역은 적외선을 반사하도록 구성된다.
상기 제1 영역은 질화 환원 반응에 의해 흰색의 이산화티탄 입자에 질소가 도핑되어 상기 흰색의 이산화티탄 입자가 노란색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역일 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 노란색 계열의 색을 나타내는 상기 제1 영역의 표면이 질화 환원 반응에 의해 남색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역일 수 있다.
상기 제3 영역은 상기 남색 계열의 색을 나타내는 상기 제2 영역의 표면이 산화 반응에 의해 노란색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역일 수 있다.
상기 제1 영역은 N-doped TiO2로 구성되고, 상기 제2 영역은 산소 결함 구조(oxygen defect structure)를 갖는 영역으로서 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)로 구성되며, 상기 제3 영역은 N-doped TiO2로 구성되어 있을 수 있다.
상기 제2 영역은 표면에서부터 중심부 방향쪽으로 산소 결핍 경사 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 영역은 N-doped TiO2로 구성되고, 상기 제2 영역은 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)와 암염(rock salt) 구조를 이루는 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)로 혼합 구성되며, 상기 제3 영역은 N-doped TiO2로 구성되어 있을 수 있다.
암염(rock salt) 구조를 이루는 상기 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)는 40%보다 낮은 비율로 상기 제2 영역에 존재하는 것이 바람직하다.
상기 제2 영역은 0.1∼20㎚의 두께를 가지며 투과도를 갖는 영역(투과도가 높은 영역)일 수 있다.
상기 제3 영역은 0.1∼20㎚의 두께를 가지며 투과도를 갖는 영역(투과도가 높은 영역)일 수 있다.
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 10∼300㎚의 입경을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 70 내지 86%의 적외선 반사율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 70 내지 84%의 가시광선 반사율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 680 내지 750℃의 온도에서 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 480 내지 580℃의 온도에서 산화 반응시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자에 있어서, 상기 이산화티탄 입자에 대한 질화 환원 반응은 12 내지 16시간 동안 반응이 이루어지며, 산화 반응은 4 내지 6시간 동안 반응이 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법은, (a) 원료물질로 흰색의 이산화티탄 입자를 준비하는 단계(S100)와, (b) 상기 이산화티탄 입자를 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 질소가 함유된 가스를 흘려주면서 질화 환원 반응시켜 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자를 형성하는 단계(S200)와, (c) 상기 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자를 질화 환원 반응시켜 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자 표면에 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역이 형성되게 함으로써 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역과 상기 제1 영역을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역이 형성된 제2 입자를 형성하는 단계(S300) 및 (d) 상기 제2 입자를 산화 반응시켜 남색 계열의 색을 나타내는 입자 표면에 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역이 형성되게 하는 단계(S400)를 포함하며, 상기 제1 영역이 나타내는 노란색 계열의 색, 상기 제2 영역이 나타내는 남색 계열의 색 및 상기 제3 영역이 나타내는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타낸다.
상기 제1 영역은 상기 (a) 단계(S100)에서 흰색의 이산화티탄 입자가 상기 (b) 단계(S200)의 질화 환원 반응에 의해 질소가 도핑되어 상기 흰색의 이산화티탄 입자가 노란색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역일 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 노란색 계열의 색을 나타내는 상기 제1 영역의 표면이 상기 (c) 단계(S300)의 질화 환원 반응에 의해 상기 남색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역일 수 있다.
상기 제3 영역은 상기 남색 계열의 색을 나타내는 상기 제2 영역의 표면이 상기 (d) 단계(S400)의 산화 반응에 의해 노란색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역일 수 있다.
상기 제1 영역은 N-doped TiO2로 구성되고, 상기 제2 영역은 산소 결함 구조(oxygen defect structure)를 갖는 영역으로서 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)로 구성되며, 상기 제3 영역은 N-doped TiO2로 구성되어 있을 수 있다.
상기 제2 영역은 표면에서부터 중심부 방향쪽으로 산소 결핍 경사 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 영역은 N-doped TiO2로 구성되고, 상기 제2 영역은 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)와 암염(rock salt) 구조를 이루는 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)로 혼합 구성되며, 상기 제3 영역은 N-doped TiO2로 구성되어 있을 수 있다.
암염(rock salt) 구조를 이루는 상기 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)는 40%보다 낮은 비율로 상기 제2 영역에 존재하는 것이 바람직하다.
상기 제2 영역은 0.1∼20㎚의 두께를 가지며 투과도를 갖는 영역(투과도가 높은 영역)일 수 있다.
상기 제3 영역은 0.1∼20㎚의 두께를 가지며 투과도를 갖는 영역(투과도가 높은 영역)일 수 있다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계(S300)의 질화 환원 반응은 상기 제1 입자를 680 내지 750℃의 온도에서 질화 환원 반응시켜 제2 입자를 형성하고, 상기 (d) 단계(S400)의 산화 반응은 제2 입자를 480 내지 580℃의 온도에서 산화 반응시킬 수 있다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계(S300)의 질화 환원 반응은 12 내지 16시간 동안 반응이 이루어지며, 상기 (d) 단계(S400)의 산화 반응은 4 내지 6시간 동안 반응이 이루어질 수 있다.
상기 이산화티탄 입자는 10∼300㎚의 입경을 갖는 흰색의 입자를 사용할 수 있다.
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 10∼300㎚의 입경을 갖는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 도시한 도면이다.
제1 영역(110c)은 질화 환원 반응에 의해 흰색의 이산화티탄 입자에 질소가 도핑되어 상기 흰색의 이산화티탄 입자가 노란색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역이다. 제1 영역(110c)은 N-doped TiO2로 구성되어 있을 수 있다. X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 분석 시에 상기 N-doped TiO2는 루타일(Rutile)상으로 나타나게 된다.
제2 영역(120b)은 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110c)의 표면이 질화 환원 반응에 의해 남색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역이다. 제2 영역(120b)은 0.1∼20㎚의 두께를 가지며 투과도를 갖는 영역(투과도가 높은 영역)일 수 있다. 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b)은 두께가 매우 얇아 투과성을 가질 수 있다.
제2 영역(120b)의 두께에 따라 제2 영역(120b)의 투과율이 달라지며, 제2 영역(120b)의 형성 두께에 따라 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)의 조합을 통해 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색이 발현되게 된다. 이에 따라 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110c), 두께가 매우 얇아 투과성을 가지는 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b), 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)의 색 조합을 통해서 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내게 된다. 제2 영역(120b)이 20㎚보다 두꺼울 경우에는 투과도가 낮아서 색 조합에 의해 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 나타내지 못할 수가 있다. 제1 영역(110c)에서 발현하는 노란색 계열의 색이 제2 영역(120b)을 투과하여 외부로 색 발현될 수 있고, 이에 따라 제1 영역(110c)에서 발현되는 노란색 계열의 색, 제2 영역(120b)에서 발현되는 남색 계열의 색, 그리고 제3 영역(130)에서 발현되는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현될 수가 있다.
제2 영역(120b)은 산소 결함 구조(oxygen defect structure)를 갖는 영역으로서 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)로 구성되어 있을 수 있다. 제2 영역(120b)은 표면에서부터 중심부 방향쪽으로 산소 결핍 경사 구조를 가질 수 있다. 더욱 구체적으로는, 제2 영역(120b)은 표면에서부터 중심부 방향쪽으로 산소 결핍의 정도가 낮아지는 구조로서 표면에서의 산소 결핍 정도가 높고 중심부 방향쪽으로 갈수록 산소 결핍 정도가 낮아지는 구조를 이룬다. X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 분석 시에 상기 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)는 루타일(Rutile)상으로 나타나게 된다.
제2 영역(120b)은 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)와 암염(rock salt) 구조를 이루는 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)로 혼합 구성되어 있을 수도 있다. 상기 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)와 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)가 제2 영역(120b)에 병존하는 경우에, 상기 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)는 40% 미만(40%보다 낮은 비율)(예컨대, 0.01∼39.9%, 더욱 구체적으로는 0.01∼32.0%)로 존재하는 것이 바람직하다. 상기 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)가 40% 이상으로 제2 영역(120b)에 존재하는 경우에, 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현되지 않을 수 있다.
제3 영역(130)은 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b)의 표면이 산화 반응에 의해 노란색 계열의 색으로 변화되어 형성된 영역일 수 있다. 제3 영역(130)은 N-doped TiO2로 구성되어 있을 수 있다. X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 분석 시에 상기 N-doped TiO2는 루타일(Rutile)상으로 나타나게 된다.
제3 영역(130)은 0.1∼20㎚의 두께를 가지며 투과도를 갖는 영역(투과도가 높은 영역)일 수 있다. 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)은 두께가 매우 얇아 투과성을 가진다. 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110c), 두께가 매우 얇아 투과성을 가지는 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b), 두께가 매우 얇아 투과성을 가지는 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)의 색 조합을 통해서 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내게 된다. 제3 영역(130)이 20㎚보다 두꺼울 경우에는 투과도가 낮아서 색 조합에 의해 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현되지 않을 수 있다. 제1 영역(110c)에서 발현되는 노란색 계열의 색과 제2 영역(120b)에 발현되는 남색 계열의 색이 색 조합되어 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색을 나타내게 되는데, 제3 영역(130)이 0.1∼20㎚ 정도의 두께로 얇을 경우에는 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)이 색 조합되어 나타나는 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색이 투과되어 외부로 색 발현될 수 있다. 이에 따라 제1 영역(110c)에서 발현되는 노란색 계열의 색과 제2 영역(120b)에서 발현되는 남색 계열의 색이 색 조합되어 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색이 발현되고, 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)에서 발현되는 색들이 색 조합되어 나타나는 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색과 제3 영역(130)에서 발현되는 노란색 계열의 색은 색 조합되게 되고, 이에 따라 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현될 수가 있다.
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 10∼300㎚의 입경을 가질 수 있다. 본 발명의 티타늄산화물 무기안료 입자는 질소(Nitrogen) 이외에 Mn, Cr, Fe 등과 같은 중금속 물질이 도핑되어 있지 않음에도 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타낸다. 또한, 안료와 같은 다른 물질이 표면에 코팅되어 있지 않음에도 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 발현한다.
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 전체적으로 코어-쉘(core-shell) 형태를 이루며, 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)은 코어부(core)를 이루고 제3 영역(130)은 쉘부(shell)를 이룬다. 상기 코어부와 상기 쉘부의 조합을 통해 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타낸다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 6은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제1 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 7은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제2 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이며, 도 8은 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제3 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 9는 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는 제4 실시예에 따른 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하기 위해 원료물질로 이산화티탄 입자(분말)를 준비한다. 원료물질인 이산화티탄 입자(도 2의 '10')는 백색(흰색)을 나타낸다. 이산화티탄(TiO2)은 에너지 갭이 3.0∼3.2eV 정도 이고, 화학적 및 생물학적으로 안정하며 부식도 잘 일어나지 않는다. 이산화티탄(TiO2)은 아나타제상(anatase phase), 루타일상(rutile phase) 및 부르카이트상(brookite phase) 중에서 적어도 하나의 형태로 존재한다. 원료물질로 사용하는 이산화티탄 입자는 아나타제상(anatase phase), 루타일상(rutile phase) 및 부르카이트상(brookite phase) 중에서 어떠한 형태를 갖는 것이든 상관이 없다. 원료물질 이산화티탄 입자는 10㎚∼300㎚의 평균 입경을 갖는 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 원료물질 이산화티탄 입자의 입경이 10㎚ 미만일 경우에는 가격이 비싸서 비경제적이고, 300㎚를 초과하는 경우에는 본 발명에 따라 티타늄산화물 무기안료 입자를 제조하는데 반응시간이 길어져 비경제적이며, 화장품의 원료로 사용되는 경우에 큰 입자의 크기로 인해 다른 화장품 성분들과의 혼합이 어려울 수 있고 화장품이 피부에 두껍게 발라지기 때문에 그 사용 함량이 많아지게 되어 비경제적일 수 있다.
원료물질인 백색의 이산화티탄 입자(도 2의 '10')를 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 질소가 함유된 가스(예컨대, 암모니아(NH3) 가스)를 흘려주면서 제1 온도(T1)에서 질화 환원 반응시켜 도 3에 도시된 바와 같이 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자(110a)를 형성한다. 예를 들어, 상기 반응기는 기체-고체 반응을 균일하게 진행할 수 있는 푸셔(pusher)형 킬른, 정체형 킬른 및 로터리 킬른 등일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 암모니아(NH3) 가스와 같은 질소가 함유된 가스를 흘려주게 되면 상기 반응기 내부는 환원 분위기가 조성되게 된다.
상기 질화 환원 반응을 위한 제1 온도(T1)는 680 내지 750℃, 더욱 바람직하게는 700℃ 정도인 것이 바람직하다. 질화 환원 반응을 진행하는 680 내지 750℃의 온도 범위 벗어날 경우, 가시광선 및 적외선 반사율이 좋지 못하기 때문이다. 상기 산화 반응은 바람직하게는 12 내지 16시간, 더욱 바람직하게는 14시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 질화 환원 반응은 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이 제1 온도(T1)에서 일정하게 유지하는 구간(S1 구간)으로 이루어질 수 있으나, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1 온도(T1)에서 제2 온도(T2)로 소정 승온속도로 상승하는 구간(S2 구간)으로 이루어질 수도 있다. 상기 질화 환원 반응이 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1 온도(T1)에서 제2 온도(T2)로 상승하는 구간(S2 구간)으로 이루어지는 경우에 제1 온도(T1)에서 제2 온도(T2)로의 승온 속도는 10℃/min 이하(예컨대, 0.1∼10℃/min), 더욱 바람직하게는 0.1∼5℃/min 정도인 것이 바람직하다.
원료물질 이산화티탄 입자는 반응기 내에서 암모니아(NH3) 가스와 같은 질소가 함유된 가스와 반응하며, 이에 의해 원료물질 이산화티탄 입자에 직접적으로 질소가 도핑되게 된다. 질화 환원 반응 초기에 원료물질 이산화티탄 입자는 흰색(백색)에서 노란색의 N-doped TiO2로 변하며, 질소(nitrogen)의 영향으로 노란색(yellow color) 계열의 색을 나타내는 제1 입자(110a)가 형성되게 된다.
상기 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자(110a)를 질화 환원 반응시켜 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자 표면에 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(도 4의 '120a')이 형성되게 함으로써 도 4에 도시된 바와 같이 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110b)과 상기 제1 영역(110b)을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120a)이 형성된 제2 입자를 형성한다.
노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자(110a)를 제2 온도(T2)에서 질화 환원 반응시키게 되면 도 4에 도시된 바와 같이 표면에 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120a)이 형성되게 한다. 적절한 질화 환원 반응에 의해 표면에 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(도 4에서 '120a')이 형성될 수 있다. 제2 온도(T2)에서의 질화 환원 반응에 의해 도 4에 도시된 바와 같이 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110b)과 상기 제1 영역(110b)을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120a)이 형성된다.
상기 제2 영역(도 4에서 '120a')은 산소 결함 구조(oxygen defect structure)를 갖는 영역으로서 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)로 구성되어 있을 수 있다. 반응 온도 및 시간에 따라 환원 분위기(질소가 함유된 가스를 포함하는 환원 분위기)에 의해 질소 도핑된 입자의 표면에서부터 암모니아 가스에 지속적으로 노출되면서 산소와 반응하여 NOx를 형성하여 산소 결함 구조(oxygen defect structure)를 발생시킨다. 산소 결함 구조를 갖는 제2 영역(도 4에서 '120a')은 표면에서부터 중심부 방향쪽으로 산소 결핍 경사 구조를 가진다. 더욱 구체적으로는, 제2 영역(도 4에서 '120a')은 표면에서부터 중심부 방향쪽으로 산소 결핍의 정도가 낮아지는 구조로서 표면에서의 산소 결핍 정도가 높고 중심부 방향쪽으로 갈수록 산소 결핍 정도가 낮아지는 구조를 이룬다. 산소 결함(oxygen defect)이 발생됨에 따라 Ti의 산화수에 변화가 발생한다. 노란색 N-doped TiO2에서 산소 결함 형성을 통해 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)가 형성되게 된다. 암모니아(NH3) 가스와 같은 질소가 함유된 가스 분위기에서 질화 환원 반응 시에 원료물질 이산화티탄 입자에서 산소(oxygen) 자리에 수% 정도의 질소(nitrogen)가 도핑되며, 이에 따라 흰색(white color)의 이산화티탄 입자가 노란색(yellow color)으로 변화되며, 질화 환원 반응이 지속되어 N-doped TiO2의 표면에서부터 산소 결함 구조(oxygen defect structure)가 형성되어 TiO2-x로 변함에 따라 Ti 산화수 변화로 인해 표면에서는 남색 계열의 색을 발현하는 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)가 형성된다. TiO2-x는 산소 공극을 다량 함유하고 있어 질소 도핑 TiO2(N-doped TiO2)(제1 영역(도 4의 '110b'))보다 질소(nitrogen)의 함량이 높다. TiO2-x에서 x값이 1 이상이 되는 경우에는 암염(rock salt) 구조를 이루는 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)로 변하게 된다. 질화 환원 반응이 비교적 낮은 온도에서 이루어지거나 비교적 짧게 이루어지는 경우에는 제1 영역(도 4의 '110b') 부분에는 노란색이 그대로 존재하고 제1 영역(도 4의 '110b')을 감싸는 제2 영역(도 4에서 '120a')은 남색 계열의 색이 발현될 수 있으며, 질화 환원 반응이 비교적 길게 이루어지는 경우에는 제2 영역(도 4에서 '120a')뿐만 아니라, 제1 영역(도 4의 '110b')도 남색 계열의 색으로 변화되게 됨으로써 제1 영역(도 4의 '110b')이 노란색 계열의 색을 발현할 수가 없을 수도 있다.
제2 영역(120b)은 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)와 암염(rock salt) 구조를 이루는 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)로 혼합 구성될 수도 있다. 상기 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)와 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)가 제2 영역(도 4의 '120a')에 병존하는 경우에, 상기 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)는 96% 미만(예컨대, 0.1∼95.9%, 더욱 구체적으로는 1∼95.1%)의 비율(96%보다 낮은 비율)로 존재하는 것이 바람직하다. 상기 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)가 96% 이상으로 제2 영역(도 4의 '120a')에 존재하는 경우에, 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(도 4의 '120a')을 산화 반응시키더라도 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(도 5에서 '130')이 형성되지 않을 수 있으며, 따라서 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현되지 않을 수도 있다.
질화 환원 온도 증가에 따라 표면에 형성되는 제2 영역(도 4에서 '120a')의 두께가 증가되고, 이에 따른 제2 영역(도 4에서 '120a')의 투과율이 감소되게 된다. 질화 환원 온도가 더 높아질 경우 산소 결핍 구조에 의해 형성된 제2 영역(도 4에서 '120a')의 상이 암염(rock salt) 구조로 변환(transformation)되고, 형성된 암염(rock salt) 구조의 형성 비율이 일정 비율 이상으로 높아지게 되면 검은색이 발현될 수가 있다.
제2 온도(T2)에서의 질화 환원 반응은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1 온도(T1)에서 제2 온도(T2)로 승온하여 인-시츄(In-situ)로 수행할 수도 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 온도(T1)에서 냉각한 후에 제2 온도(T2)로 승온하여 수행할 수도 있다.
제2 영역(도 4에서 '120a')의 두께에 따라 제2 영역(도 4에서 '120a')의 투과율이 달라지며, 제2 영역(도 4에서 '120a')의 형성 두께에 따라 제1 영역(도 4에서 '110b')과 제2 영역(도 4에서 '120a')의 조합을 통해 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색을 발현시킬 수 있다.
이렇게 제조된 입자는 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(도 4에서 '120a')의 색과 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(도 4에서 '110b')의 색이 색 조합되어 전체적으로 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색을 나타낸다.
도 10은 질화 환원 온도에 따라 제2 영역의 색 변화하는 예와 제2 영역의 투과율에 따라 색 조합되어 나타나는 색상이 변화하는 예를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 4 및 도 10을 참조하면, 질화 환원 온도에 따라 제2 영역(120a)이 나타내는 색이 변화하며, 질화 환원 온도가 높아짐에 따라 제2 영역(120a)의 색상이 연한 색상에서 진한 색상으로 변하게 된다. 예컨대, 질화 환원 온도가 500℃인 경우에 제2 영역(120a)은 연한 남색 계열의 색을 나타내고, 질화 환원 온도가 600℃인 경우에 제2 영역(120a)은 진한 남색 계열의 색을 나타내며, 질화 환원 온도가 750℃인 경우에 제2 영역(120a)은 검정색 또는 검정색에 가까운 진한 남색을 나타낸다.
제2 영역(120a)의 두께에 따라 제2 영역(120a)의 투과율이 달라지며, 제2 영역(120a)의 투과율에 따라 제1 영역(110b)과 제2 영역(120a)의 색 조합을 통해 발현되는 색상이 달라지게 된다. 도 10에서 제1 영역(110b)과 제2 영역(120a)의 겹치는 부분(도 10에서 'A')은 제1 영역(110b)과 제2 영역(120a)이 색 조합되어 나타나는 부분을 보여준다. 제2 영역(120a)의 투과율이 90%에서 0%로 낮아짐에 따라 제1 영역(110b)과 제2 영역(120a)이 색 조합되어 나타나는 색상이 연한 색상에서 진한 색상으로 변하게 된다. 예컨대, 제2 영역(120a)의 투과율이 90%인 경우에 제1 영역(110b)과 제2 영역(120a)이 색 조합되어 나타나는 색상은 연한 녹색을 나타내고, 제2 영역(120a)의 투과율이 0%인 경우에 제1 영역(110b)과 제2 영역(120a)이 색 조합되어 나타나는 색상은 남색을 나타내며, 투과율이 0%인 경우 암염구조의 비율이 예컨대, 96% 이상인 경우는 검은색을 나타낸다.
노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110b)과 상기 제1 영역(110b)을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120a)이 형성된 제2 입자를 산화 반응시켜 도 5에 도시된 바와 같이 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b) 표면에 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)이 형성되게 한다. 이렇게 제조된 이산화티타늄 무기안료 입자는 도 5에 도시된 바와 같이 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110c), 남색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(120b)의 색, 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타낸다. 상기 산화 반응에 의해 제3 영역이 0.1∼20㎚의 두께를 갖게 하는 것이 바람직하다.
질화 환원 처리된 입자를 산화처리 시 제2 영역(도 4에서 '120a')의 표면에서부터 산소와 반응하여 산소 결핍자리가 산소(oxygen)로 채워지면서 입자 표면에 노란색 계열 색을 발현하는 제3 영역(130)이 형성되게 된다. 제3 영역(130)은 N-doped TiO2로 구성될 수 있다. 노란색 계열의 색을 발현하는 제3 영역(130)은 두께가 매우 얇게 형성하여 투과성을 가지게 한다. 제1 영역(110c)에서 발현되는 노란색 계열의 색과 제2 영역(120b)에 발현되는 남색 계열의 색이 색 조합되어 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색을 나타내게 되는데, 제3 영역(130)이 0.1∼20㎚ 정도의 두께로 얇을 경우에는 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)이 색 조합되어 나타나는 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색이 투과되어 외부로 색 발현될 수 있다. 이에 따라 제1 영역(110c)에서 발현되는 노란색 계열의 색과 제2 영역(120b)에서 발현되는 남색 계열의 색이 색 조합되어 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색이 발현되고, 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)에서 발현되는 색들이 색 조합되어 나타나는 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색과 제3 영역(130)에서 발현되는 노란색 계열의 색은 색 조합되게 되고, 이에 따라 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현될 수가 있다. 질화 환원 반응을 거친 입자를 공기(Air) 또는 산소(O2)와 같은 산화 분위기에서 산화시킬 때, 제2 영역(도 4에서 '120a')에 함유되어 있는 질소(nitrogen)의 영향으로 노란색(yellow color) 계열의 색을 나타내는 N-doped TiO2가 형성된다.
TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)가 일정 비율(예컨대, 96%) 미만으로 형성된 제2 영역(도 4에서 '120a')을 가지고 있거나, TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1) 형성 없이 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)로 이루어진 제2 영역(도 4에서 '120a')을 갖는 제2 입자에 대하여 산화 반응시켜 그 표면에 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)(질소 도핑(nitrogen doped) TiO2)을 형성한다. 제3 영역(130)은 산화 조건 제어를 통해 그 두께를 제어할 수 있으며, 제3 영역(130)의 두께에 따라 제2 영역(130)의 투과율이 달라진다. 형성되는 제3 영역(130)의 두께에 따라 투과율을 조절하여 제1 영역(110c), 제2 영역(120b) 및 제3 영역의 색 조합을 통해 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 발현시킬 수 있다. 산화 온도 및 시간이 증가함에 따라 표면에 형성되는 제3 영역(130)의 두께가 증가되어 투과율이 변하게 되며, 코어부를 이루는 제1 영역(110c) 및 제2 영역(120b)의 색과 쉘부를 이루는 제3 영역(130)의 색 조합에 따라 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색, 흑갈색 등의 색을 형성시킬 수 있다.
상기 산화 반응을 위한 온도는 480 내지 580℃, 더욱 바람직하게는 560 내지 580℃ 정도인 것이 바람직하다. 상기 산화 반응의 온도가 480℃ 미만일 경우에는 충분한 산화 반응이 일어나지 않을 수 있고, 상기 산화 반응의 온도가 580℃를 초과하는 경우에는 에너지 소모가 많아 비경제적이고 이산화티타늄 무기안료 입자 내부의 제2 영역(120b)(남색 계열의 색을 발현하는 영역)이 모두 노란색으로 변화됨으로써 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현되지 않을 수 있다. 또한, 산화 반응을 위한 480 내지 580℃의 온도 범위를 벗어날 경우, 가시광선 및 적외선 반사율이 좋지 못한 문제점이 있기 때문이다. 상기 산화 반응은 바람직하게는 4 내지 6시간, 더욱 바람직하게는 5시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
제2 영역(120b)은 0.1∼20㎚의 두께를 갖게 하여 높은 투과도를 나타내게 하는 것이 바람직하다. 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b)은 두께를 0.1∼20㎚ 정도로 매우 얇아 투과성을 가지게 한다. 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110c), 두께가 매우 얇아 투과성을 가지는 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b), 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)의 색 조합을 통해서 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내게 된다. 제2 영역(120b)이 20㎚보다 두꺼울 경우에는 투과도가 낮아서 색 조합에 의해 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 나타내지 못할 수가 있다. 제1 영역(110c)에서 발현하는 노란색 계열의 색이 제2 영역(120b)을 투과하여 외부로 색 발현될 수 있고, 이에 따라 제1 영역(110c)에서 발현되는 노란색 계열의 색, 제2 영역(120b)에서 발현되는 남색 계열의 색, 그리고 제3 영역(130)에서 발현되는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현될 수가 있다.
제3 영역(130)은 0.1∼20㎚의 두께를 갖게 하여 높은 투과도를 나타내게 하는 것이 바람직하다. 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)은 두께를 0.1∼20㎚ 정도로 매우 얇아 투과성을 가지게 한다. 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110c), 두께가 매우 얇아 투과성을 가지는 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b), 두께가 매우 얇아 투과성을 가지는 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)의 색 조합을 통해서 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내게 된다. 제3 영역(130)이 20㎚보다 두꺼울 경우에는 투과도가 낮아서 색 조합에 의해 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현되지 않을 수 있다. 제1 영역(110c)에서 발현되는 노란색 계열의 색과 제2 영역(120b)에 발현되는 남색 계열의 색이 색 조합되어 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색을 나타내게 되는데, 제3 영역(130)이 0.1∼20㎚ 정도의 두께로 얇을 경우에는 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)이 색 조합되어 나타나는 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색이 투과되어 외부로 색 발현될 수 있다. 이에 따라 제1 영역(110c)에서 발현되는 노란색 계열의 색과 제2 영역(120b)에서 발현되는 남색 계열의 색이 색 조합되어 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색이 발현되고, 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)에서 발현되는 색들이 색 조합되어 나타나는 녹색, 초록색, 청색 또는 남색 계열의 색과 제3 영역(130)에서 발현되는 노란색 계열의 색은 색 조합되게 되고, 이에 따라 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색이 발현될 수가 있다.
도 11은 산화 온도에 따라 노란색인 제 3 영역의 두께가 변화됨에 따라 투과율이 변하여 조합되는 색상이 변화하는 예를 보여주기 위해 도시한 도면이다.
도 5 및 도 11을 참조하면, 산화 온도에 따라 제3 영역(130)이 나타내는 두께가 변화하며, 산화 온도가 높아짐에 따라 노란색을 나타내는 제3 영역(130)의 두께가 두꺼워지면서 노란색이 더욱더 선명해 진다. 예컨대, 산화 온도가 200℃인 경우에 제3 영역(130)은 매우 얇은 두께를 나타내고, 산화 온도가 300℃인 경우에 제3 영역(130)은 두꺼워져서 노란색이 짙어진다.
제3 영역(130)의 두께에 따라 제3 영역(130)의 투과율이 달라지며, 제3 영역(130)의 투과율에 따라 코어부(도 11에서 'C')(제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)을 합친 영역)와 제3 영역(130)의 색 조합을 통해 발현되는 색상이 달라지게 된다. 도 11에서 코어부(도 11에서 'C')와 제3 영역(130)의 겹치는 부분(도 11에서 'B')은 코어부(도 11에서 'C')와 제3 영역(130)이 색 조합되어 나타나는 부분을 보여준다. 제3 영역(130)의 투과율이 90%에서 50%로 낮아짐에 따라 코어부(도 11에서 'C')와 제3 영역(130)이 색 조합되어 나타나는 색상이 진한 색상에서 연한 색상으로 변하게 된다. 예컨대, 제3 영역(130)의 투과율이 90%인 경우에 코어부(도 11에서 'C')와 제3 영역(130)이 색 조합되어 나타나는 색상은 진한 흑갈색을 나타내고, 제3 영역(130)의 투과율이 50%인 경우에 코어부(도 11에서 'C')와 제3 영역(130)이 색 조합되어 나타나는 색상은 연황색, 황색 또는 연갈색을 나타낸다.
상술한 질화 환원 반응의 조건 제어, 상술한 산화 반응의 조건 제어, 제2 영역(120b)의 두께 제어, 제3 영역(130)의 두께 제어 등을 통해 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색, 흑갈색 등의 다양한 색을 구현할 수가 있다.
이렇게 제조된 티타늄산화물 무기안료 입자는 도 5에 도시된 바와 같이 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역(110c)과, 제1 영역(110c)을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역(120b)과, 제2 영역(120b)을 감싸면서 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역(130)을 포함하며, 제1 영역(110c)이 나타내는 노란색 계열의 색, 제2 영역(120b)이 나타내는 남색 계열의 색 및 제3 영역(130)이 나타내는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타낸다. 상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 전체적으로 코어-쉘(core-shell) 형태를 이루며, 제1 영역(110c)과 제2 영역(120b)은 코어부(core)를 이루고 제3 영역(130)은 쉘부(shell)을 이룬다. 상기 코어부와 상기 쉘부의 조합을 통해 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타낸다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용한 도료는, 전술한 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용하여 제조된다.
즉, 본 발명의 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용한 도료는 주성분으로 전술한 티타늄산화물 무기안료 입자와, 합성을 위한 수지, 용제를 포함하며, 분산제, 건조제, 가소제, 소포제 등의 첨가제를 더 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 태양의 실시예에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용한 열차단 필름은, 전술한 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용하여 제조된다.
즉, 본 발명의 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용한 열차단 필름은 티타늄산화물 무기안료 입자와, 카본과 같은 열차폐성 재료 및 점착제와 같은 첨가제를 혼합하여 폴리우레탄계 수지에 분산시켜 제조될 수 있다.
<실험예 1>
원료물질 이산화티탄(TiO2) 입자로서 미국 듀폰사(DuPont)의 R-706 제품을 준비하였다. 원료물질로 사용된 이산화티탄 입자는 흰색을 나타낸다.
준비된 흰색 이산화티탄 입자 50g을 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 암모니아(NH3) 가스를 흘려주면서 700℃에서 14시간 동안 질화 환원 반응시켰다. 상기 NH3 가스를 60L/min의 유량으로 공급하였다.
<실험예 2>
원료물질 이산화티탄(TiO2) 입자로서 미국 듀폰사(DuPont)의 R-706 제품을 준비하였다. 원료물질로 사용된 이산화티탄 입자는 흰색을 나타낸다.
준비된 흰색 이산화티탄 입자 50g을 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 암모니아(NH3) 가스를 흘려주면서 730℃에서 14시간 동안 질화 환원 반응시켰다. 상기 NH3 가스를 90L/min의 유량으로 공급하였다.
<실험예 3>
원료물질 이산화티탄(TiO2) 입자로서 미국 듀폰사(DuPont)의 R-706 제품을 준비하였다. 원료물질로 사용된 이산화티탄 입자는 흰색을 나타낸다.
준비된 흰색 이산화티탄 입자 50g을 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 암모니아(NH3) 가스를 흘려주면서 730℃에서 14시간 동안 질화 환원 반응시켰다. 상기 NH3 가스를 120L/min의 유량으로 공급하였다.
<실험예 4>
원료물질 이산화티탄(TiO2) 입자로서 미국 듀폰사(DuPont)의 R-706 제품을 준비하였다. 원료물질로 사용된 이산화티탄 입자는 흰색을 나타낸다.
준비된 흰색 이산화티탄 입자 50g을 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 암모니아(NH3) 가스를 흘려주면서 750℃에서 14시간 동안 질화 환원 반응시켰다. 상기 NH3 가스를 120L/min의 유량으로 공급하였다.
<실험예 5>
원료물질 이산화티탄(TiO2) 입자로서 미국 듀폰사(DuPont)의 R-706 제품을 준비하였다. 원료물질로 사용된 이산화티탄 입자는 흰색을 나타낸다.
준비된 흰색 이산화티탄 입자 50g을 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 암모니아(NH3) 가스를 흘려주면서 680℃에서 14시간 동안 질화 환원 반응시켰다. 상기 NH3 가스를 150L/min의 유량으로 공급하였다.
<실험예 1-1>
실험예 1에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 540℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 1-2>
실험예 1에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 560℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 1-3>
실험예 1에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 580℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 1-4>
실험예 1에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 520℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 1-5>
실험예 1에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 500℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 1-6>
실험예 1에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 480℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 2-1>
실험예 2에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 540℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 2-2>
실험예 2에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 560℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 2-3>
실험예 2에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 580℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 2-4>
실험예 2에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 520℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 2-5>
실험예 2에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 500℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 2-6>
실험예 2에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 480℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 3-1>
실험예 3에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 540℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 3-2>
실험예 3에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 560℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 3-3>
실험예 3에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 580℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 3-4>
실험예 3에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 520℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 3-5>
실험예 3에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 500℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 4-1>
실험예 4에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 540℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 4-2>
실험예 4에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 560℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 4-3>
실험예 4에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 580℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 4-4>
실험예 4에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 520℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 5-1>
실험예 5에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 540℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 5-2>
실험예 5에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 560℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 5-3>
실험예 5에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 580℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
<실험예 5-4>
실험예 5에 따라 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자 10g을 520℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다. 이때, 반응기 안으로 공기(Air)를 주입하면서 산화 반응시킨 후 자연 냉각하여 티타늄산화물 무기안료 입자를 형성하였다.
원료물질(Pristine, R-706)인 이산화티탄 입자와, 상기 실험예 1 내지 실험예 5-4에 따라 질화 환원 반응 또는 산화 반응을 통해 형성한 티타늄산화물 무기안료 입자에 대하여 가시광선 반사율, 적외선 반사율 및 총 반사율을 아래의 표1에 나타내었다. 여기서, 총 반사율은 가시광선 반사율과 적외선 반사율을 포함하는 전체 반사율을 의미한다.
그리고, 원료물질은 이산화티탄(TiO2) 입자로서 미국 듀폰사(DuPont)의 R-706 제품을 사용하였다.
| 가시광선 반사율(%) | 적외선 반사율(%) | 총 반사율(%) | |
| 원료물질 | 77.5 | 76.8 | 75.7 |
| 실험예 1 | 52.3 | 34.1 | 41.3 |
| 실험예 2 | 33.1 | 18.6 | 24.9 |
| 실험예 3 | 26.2 | 15.1 | 20.0 |
| 실험예 4 | 23.9 | 13.3 | 18.0 |
| 실험예 5 | 34.7 | 18.4 | 25.3 |
| 실험예 1-1 | 74.8 | 71.6 | 70.4 |
| 실험예 1-2 | 83.5 | 85.1 | 81.2 |
| 실험예 1-3 | 78.4 | 84.6 | 78.9 |
| 실험예 1-4 | 73.3 | 67.4 | 67.4 |
| 실험예 1-5 | 77.9 | 72.5 | 72.1 |
| 실험예 1-6 | 80.6 | 75.5 | 75.0 |
| 실험예 2-1 | 81.7 | 76.8 | 75.9 |
| 실험예 2-2 | 72.0 | 70.3 | 68.5 |
| 실험예 2-3 | 79.5 | 76.5 | 75.2 |
| 실험예 2-4 | 62.5 | 50.1 | 53.7 |
| 실험예 2-5 | 64.5 | 54.3 | 56.8 |
| 실험예 2-6 | 66.3 | 58.1 | 59.5 |
| 실험예 3-1 | 66.8 | 58.3 | 60.0 |
| 실험예 3-2 | 74.1 | 67.6 | 68.2 |
| 실험예 3-3 | 74.7 | 72.8 | 71.1 |
| 실험예 3-4 | 55.0 | 43.8 | 47.2 |
| 실험예 3-5 | 58.1 | 45.4 | 49.5 |
| 실험예 4-1 | 65.6 | 57.9 | 59.4 |
| 실험예 4-2 | 78.3 | 76.8 | 74.6 |
| 실험예 4-3 | 76.2 | 72.3 | 71.7 |
| 실험예 4-4 | 56.7 | 45.0 | 48.5 |
| 실험예 5-1 | 70.5 | 62.7 | 63.8 |
| 실험예 5-2 | 74.8 | 71.0 | 70.3 |
| 실험예 5-3 | 71.2 | 68.1 | 67.1 |
| 실험예 5-4 | 67.5 | 57.7 | 59.9 |
즉, 표1을 참조하면, 실험예 1-2 및 실험예 1-3의 입자가 다른 실험예와 원료물질 입자에 비해 가시광선 반사율, 적외선 반사율 및 총 반사율이 현저하게 높을 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실험예 1-6, 2-1, 2-3, 4-2의 입자가 원료물질의 입자와 비슷한 수준의 가시광선 및 적외선 반사율을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명은 실험예 1-2 및 실험예 1-3에 따라 이산화티탄 입자에 대하여 암모니아(NH3) 가스를 흘려주면서 700℃에서 14시간 동안 질화 환원 반응을 진행한 후, 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 560℃ 내지 580℃에서 5시간 동안 산화 반응시켜 형성된 티타늄산화물 무기안료 입자가 가시광선 반사율, 적외선 반사율 및 총 반사율이 가장 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
110a : 제1 입자
110b, 110c : 제1 영역
120a, 120b : 제2 영역
130 : 제3 영역
S100 : (a) 단계
S100 : (b) 단계
S100 : (c) 단계
S100 : (d) 단계
110b, 110c : 제1 영역
120a, 120b : 제2 영역
130 : 제3 영역
S100 : (a) 단계
S100 : (b) 단계
S100 : (c) 단계
S100 : (d) 단계
Claims (13)
- 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역;
상기 제1 영역을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역; 및
상기 제2 영역을 감싸면서 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역을 포함하며,
상기 제1 영역이 나타내는 노란색 계열의 색, 상기 제2 영역이 나타내는 남색 계열의 색 및 상기 제3 영역이 나타내는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내며,
상기 제1 영역은 적외선을 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 영역은 N-doped TiO2로 구성되고,
상기 제2 영역은 N-doped TiO2-x(0 < x < 1)와 암염(rock salt) 구조를 이루는 TiOxNy(0 < x < 1, 0 < y < 1)로 혼합 구성되며,
상기 제3 영역은 N-doped TiO2로 구성되는 것을 특징으로 하는 티타늄산화물 무기안료 입자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 70 내지 86%의 적외선 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 70 내지 84%의 가시광선 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 700 내지 730℃의 온도에서 14시간 동안 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 480 내지 580℃의 온도에서 5시간 동안 산화 반응시킬 경우, 적외선 반사율이 75.5 내지 76.5%인 것을 특징으로 하는
- 제 1 항에 있어서,
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 700 내지 730℃의 온도에서 14시간 동안 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 480 내지 580℃의 온도에서 5시간 동안 산화 반응시킬 경우, 가시광선 반사율 및 적외선 반사율을 포함하는 총 반사율이 75.0 내지 75.9%인 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 700℃의 온도에서 14시간 동안 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 560 내지 580℃의 온도에서 5시간 동안 산화 반응시킬 경우, 적외선 반사율이 84.6 내지 85.1%인 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 티타늄산화물 무기안료 입자는 이산화티탄 입자를 700℃의 온도에서 14시간 동안 질화 환원 반응시키고, 상기 질화 환원 반응시킨 이산화티탄 입자를 560 내지 580℃의 온도에서 5시간 동안 산화 반응시킬 경우, 가시광선 반사율 및 적외선 반사율을 포함하는 총 반사율이 78.9 내지 81.2%인 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자.
- (a) 원료물질로 흰색의 이산화티탄 입자를 준비하는 단계;
(b) 상기 이산화티탄 입자를 반응기에 장입하고, 상기 반응기 내로 질소가 함유된 가스를 흘려주면서 질화 환원 반응시켜 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자를 형성하는 단계;
(c) 상기 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자를 질화 환원 반응시켜 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 입자 표면에 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역이 형성되게 함으로써 노란색 계열의 색을 나타내는 제1 영역과 상기 제1 영역을 감싸면서 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역이 형성된 제2 입자를 형성하는 단계; 및
(d) 상기 제2 입자를 산화 반응시켜 남색 계열의 색을 나타내는 제2 영역 표면에 노란색 계열의 색을 나타내는 제3 영역이 형성되게 하는 단계를 포함하며,
상기 제1 영역이 나타내는 노란색 계열의 색, 상기 제2 영역이 나타내는 남색 계열의 색 및 상기 제3 영역이 나타내는 노란색 계열의 색이 색 조합되어 전체적으로 연황색, 황색, 연갈색, 갈색, 적갈색 또는 흑갈색 계열의 색을 나타내고,
상기 제1 영역은 적외선을 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 (c) 단계의 질화 환원 반응은 상기 제1 입자를 680 내지 750℃의 온도에서 질화 환원 반응시켜 제2 입자를 형성하고,
상기 (d) 단계의 산화 반응은 제2 입자를 480 내지 580℃의 온도에서 산화 반응시키는 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 (c) 단계의 질화 환원 반응은 12 내지 16시간 동안 반응이 이루어지며,
상기 (d) 단계의 산화 반응은 4 내지 6시간 동안 반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자를 이용한 도료.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 따른 티타늄산화물 무기안료 입자를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는
티타늄산화물 무기안료 입자를 이용한 열차단 필름.
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-
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