최근 각광받고 있는 디지털 프린팅을 이용한 디자인 기법은 세밀한 표현과 다양한 이미지 구현이 가능하고, 원료의 낭비가 적어 효율성이 높은 장점을 가지고 있다. 디지털 프린팅 공정에서는 cyan, magenta, yellow, black이 기본적인 디지털 4원색으로 사용되며, 도자제품에 적용되는 세라믹 안료의 경우 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온 소성이 가능하도록 우수한 열적, 유약 안정성과 발색 특성이 요구된다. 본 연구에서는 고상합성법을 이용하여 $CaO-SnO_2-Cr_2O_3-SiO_2$ 조성의 pink-red 고온발색 무기안료를 합성하였다. $Ca(Sn,Cr)SiO_5$ 세라믹 안료의 합성 조건에 따른 물성을 XRD, SEM, PSA, FT-IR를 이용하여 분석하였고, Cr 치환량 변화가 $Ca(Sn,Cr)SiO_5$ 무기 안료의 발색 거동에 미치는 영향을 Uv-vis.와 CIE 표색계 값($L^*a^*b^*$)을 기준으로 한 색도측정을 통해 관찰하였다.
최근 각광받고 있는 디지털 프린팅을 이용한 디자인 기법은 세밀한 표현과 다양한 이미지 구현이 가능하고, 원료의 낭비가 적어 효율성이 높은 장점을 가지고 있다. 디지털 프린팅 공정에서는 cyan, magenta, yellow, black이 기본적인 디지털 4원색으로 사용되며, 도자제품에 적용되는 세라믹 안료의 경우 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온 소성이 가능하도록 우수한 열적, 유약 안정성과 발색 특성이 요구된다. 본 연구에서는 고상합성법을 이용하여 $CaO-SnO_2-Cr_2O_3-SiO_2$ 조성의 pink-red 고온발색 무기안료를 합성하였다. $Ca(Sn,Cr)SiO_5$ 세라믹 안료의 합성 조건에 따른 물성을 XRD, SEM, PSA, FT-IR를 이용하여 분석하였고, Cr 치환량 변화가 $Ca(Sn,Cr)SiO_5$ 무기 안료의 발색 거동에 미치는 영향을 Uv-vis.와 CIE 표색계 값($L^*a^*b^*$)을 기준으로 한 색도측정을 통해 관찰하였다.
Digital ink-jet printing system has many advantages such as fast and fine printing of various images, high efficiency and low cost process. Generally digital ink-jet printing requires ceramic pigments of cyan, magenta, yellow and black with thermal and glaze stability above $1000^{\circ}C$
Digital ink-jet printing system has many advantages such as fast and fine printing of various images, high efficiency and low cost process. Generally digital ink-jet printing requires ceramic pigments of cyan, magenta, yellow and black with thermal and glaze stability above $1000^{\circ}C$ for the application of porcelain product design. In this study, pink-red colored $CaO-SnO_2-Cr_2O_3-SiO_2$ pigment was synthesized using solid state reaction. The synthesis conditions of $Ca(Cr,Sn)SiO_5$ pigment such as annealing temperature, amount of mineralizer and non-stoichiometric composition were optimized. Crystal structure and morphology of the obtained $Ca(Cr,Sn)SiO_5$ pigment were analyzed using XRD, SEM, PSA, FT-IR and effect of Cr substitution on the pigment color was analyzed using Uv-vis. spectrophotometer and CIE $L^*a^*b^*$ measurement.
Digital ink-jet printing system has many advantages such as fast and fine printing of various images, high efficiency and low cost process. Generally digital ink-jet printing requires ceramic pigments of cyan, magenta, yellow and black with thermal and glaze stability above $1000^{\circ}C$ for the application of porcelain product design. In this study, pink-red colored $CaO-SnO_2-Cr_2O_3-SiO_2$ pigment was synthesized using solid state reaction. The synthesis conditions of $Ca(Cr,Sn)SiO_5$ pigment such as annealing temperature, amount of mineralizer and non-stoichiometric composition were optimized. Crystal structure and morphology of the obtained $Ca(Cr,Sn)SiO_5$ pigment were analyzed using XRD, SEM, PSA, FT-IR and effect of Cr substitution on the pigment color was analyzed using Uv-vis. spectrophotometer and CIE $L^*a^*b^*$ measurement.
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제안 방법
Fig. 4(b)에서와 같이 SnO2 첨가량에 따른 malayaite와 cassiterite의 비율을 XRD 피크의 intensity비교를 통해 분석하였다. Fig.
spectrophotometer(Agilent, Cary100)를 이용하여 발색 거동을 분석하였으며, 색도 변화를 관찰하기 위해 Spectrophotometer(CM-700D, Konica)를 이용하여 국제조명위원회(CIE: Commission international I’eclairage) 표색계의 값(L*a*b*)을 측정하였다.
3(a), (b)에 비해서 안료입자의 표면이 다소 곡면 형태를 가지는 것을 확인하였다. 그러나 Fig. 3(d)의 1500℃에서 하소한 분말의 경우 응집 현상이 심하게 일어나, 낮은 온도에서 결정의 성장을 촉진하기 위해 하소온도를 낮춰 주거나 치환원소의 고용 효율을 증가시키는 역할을 하는 광화제를 사용하여 CaSnSiO5 합성을 진행하였다.
디지털 컬러용 pink-red 발색 CaCrxSn0.9 − xSiO5 세라믹 안료의 최적 합성 조건을 도출하고 합성 조건에 따른 발색거동을 분석하였다.
최적합성 조건을 확립하기 위해 하소온도 및 광화제의 첨가량을 최적화하여 pink-red를 발색하는 Ca(Sn,Cr)SiO5(malayaite)의 성장을 촉진시켰으며, SnO2를 비화학 양론 조성비로 합성하여 Ca(Sn,Cr)SiO5 무기안료의 합성과정 중malayaite와 함께 생성되는 SnO2(cassiterite)를 최소화하였다. 또한 Cr 치 환량에 따른 Ca(Sn,Cr)SiO5 세라믹 안료의 결정구조 및 발색거동을 분석하였다.
본 연구에서는 고상합성법을 이용하여 pink-red 발색 Ca(Sn,Cr)SiO5 세라믹 안료를 제조하고 합성조건에 따른 발색거동을 분석하였다 [8, 9].최적합성 조건을 확립하기 위해 하소온도 및 광화제의 첨가량을 최적화하여 pink-red를 발색하는 Ca(Sn,Cr)SiO5(malayaite)의 성장을 촉진시켰으며, SnO2를 비화학 양론 조성비로 합성하여 Ca(Sn,Cr)SiO5 무기안료의 합성과정 중malayaite와 함께 생성되는 SnO2(cassiterite)를 최소화하였다.
위와 같이 하소온도 및 H3BO3 첨가량을 최적화하여malayaite의 성장을 최적화하였으며, 추가적으로 잔존하는 cassiterite의 성장을 보다 억제하기 위해 SnO2 첨가량을 비화학 양론 조성비로 1 mol에서 0.8 mol까지 0.5 mol씩 감소시키면서 CaSnSiO5 분말 합성을 진행하였다. Fig.
세라믹 안료를 제조하고 합성조건에 따른 발색거동을 분석하였다 [8, 9].최적합성 조건을 확립하기 위해 하소온도 및 광화제의 첨가량을 최적화하여 pink-red를 발색하는 Ca(Sn,Cr)SiO5(malayaite)의 성장을 촉진시켰으며, SnO2를 비화학 양론 조성비로 합성하여 Ca(Sn,Cr)SiO5 무기안료의 합성과정 중malayaite와 함께 생성되는 SnO2(cassiterite)를 최소화하였다. 또한 Cr 치 환량에 따른 Ca(Sn,Cr)SiO5 세라믹 안료의 결정구조 및 발색거동을 분석하였다.
합성된 세라믹 안료의 결정구조를 X-Ray diffractometer(XRD, Rigaku, D/2500VL/PC)와 FT-IR(Nicolet 6700, Thermo scientific)을 이용하여 분석하였으며, 안료입자의 크기와 형상 분석을 위해 레이저 회절 방식의 입도분석기(LA950-V2, HORIBA)와 Field emission scanning electron microscope(FE-SEM, JEOL, JSM-6390)을 사용하였다. 또한 Uv-vis.
대상 데이터
5 %, SAMCHUN)를 사용하였다. 결정 성장을 촉진시키거나 치환물의 고용화를 유도하기 위한 광화제로는 H3BO3(Boric acid, 99.5 %, SAMCHUN)을 사용하였다. 각 분말은 직경 3 mm의 알루미나 볼과 함께 에탄올과 혼합하여 24시간 동안 밀링한 후 80℃에서 완전히 건조하였다.
고상합성법을 이용하여 pink-red를 발색하는 Ca(Sn, Cr)SiO5 무기안료를 합성하기 위해서 출발 물질로 1 mol의 CaO(Calcium oxide, 98.0 %, JUNSEI) 0.6~1.0 mol의 SnO2(Tin oxide, Chemical Pure, JUNSEI), 1 mol의 SiO2(Silicon oxide, 99.0 %, SHOWA), 0.01~0.3 mol의 Cr2O3(Chromium oxide, 98.5 %, SAMCHUN)를 사용하였다. 결정 성장을 촉진시키거나 치환물의 고용화를 유도하기 위한 광화제로는 H3BO3(Boric acid, 99.
성능/효과
(a)는 SnO2의 첨가량에 따른 XRD 결과로 H3BO3 첨가량은 2 wt%이며 하소 온도는 1300 μm이다.
로 분석한 결과malayaite의 Cr(IV) 특성밴드(520 nm−1)는 Cr 첨가량에 따라 큰 변화가 없었으나, 미반응된 Cr(III)의 380 nm−1 특성 밴드에서의 변화가 발색에 영향을 끼치는 것으로 판단된다. CIE L*a*b* 측정 결과 Cr 첨가량이 증가할수록 L값은 점점 감소하다가 Cr 첨가량이 0.1 이상일 경우 다소 증가하였고, a값은 Cr 첨가량이 0.1에서 가장 높게 나타났으며, b값은 Cr 첨가량의 커질수록 함께 증가하는 경향을 확인하였다.
61°피크(cassiterite)의 intensity 비율(Im/Ic)을 나타내었다. H3BO3 첨가량에 따라 2 wt%까지는 Im/Ic값이 급격하게 증가하는 경향이 나타났으며, 그 이상 첨가 시 Im/Ic값은 다소 감소하는 경향을 확인할 수 있었다.
H3BO3 첨가량이 0~2 wt%일때는 분말의 평균 입도가 10~25 μm로 나타났으나 H3BO3를 4 wt%와 8 wt% 첨가하였을 경우 평균 입도는 각각 약 70 μm와 100 μm 이상으로 크게 증가하는 것을 확인하였다.
SnO2 첨가량이 감소함에 따라 malayaite의 흡수 밴드인 807 cm−1, 900 cm−1에서 특성 밴드가 증가하는 것을 확인할 수 있었으며[7, 11], SnO2 첨가량이 0.9 mol 이하일 경우 Fig. 7(d), (f)와 같이 1070 cm−1 흡수 밴드가 약간 성장하는 것을 확인할 수 있었다.
1 이상 첨가되면 다소 증가하는 경향을 나타냈다. a값의 경우에는 Cr 첨가량의 증가와 함께 0.1첨가까지는 증가하다가 그 이상에서는 다시 감소하는 결과를 보이며, b값의 경우 Cr 첨가량의 증가와 함께 서서히 증가하는 경향이 확인되었다.
광화제의 첨가량이 증가할수록 malayaite에 해당하는 27.12°의 피크는 점점 증가하였으며, 반면에 cassiterite에 해당하는 26.61°의 피크는 감소하는 경향성을 확인할 수 있어 광화제가 malayaite의 성장에 큰 효과를 보이는 것으로 판단된다.
무기안료입자의 응집 현상을 최소화하기 위해 광화제인 H3BO3를 첨가하여 1300℃에서 열처리를 진행한 결과 pink-red 발색을 위한 Ca(Sn,Cr)SiO5 (malayaite)를 성장시킬 수 있었다. 또한 Ca(Sn,Cr)SiO5 무기안료의 합성과정 중malayaite와 함께 생성되는 SnO2(cassiterite)의 생성을 억제하기 위해 SnO2 함량을 비화학 양론 조성비로 감소시키면서 합성한 결과 SnO2가 0.9 mol 첨가되었을 때 cassiterite를 최소화시키면서 Ca(Sn,Cr)SiO5 무기안료를 합성할 수 있었다. Pink-red 발색을 위한 Cr 치 환량에 따른 발색거동을 Uv-vis.
로 분석한 결과 malayaite의 Cr(IV) 특성 밴드(520 nm−1)는 Cr 첨가량에 따라 큰 변화가 없었으나, 미 반응된 Cr(III)의 380 nm−1 특성 밴드에서의 변화가 발색에 영향을 끼치는 것으로 판단된다.
9 − xSiO5 세라믹 안료의 최적합성 조건을 도출하고 합성조건에 따른 발색거동을 분석하였다. 무기안료입자의 응집 현상을 최소화하기 위해 광화제인 H3BO3를 첨가하여 1300℃에서 열처리를 진행한 결과 pink-red 발색을 위한 Ca(Sn,Cr)SiO5 (malayaite)를 성장시킬 수 있었다. 또한 Ca(Sn,Cr)SiO5 무기안료의 합성과정 중malayaite와 함께 생성되는 SnO2(cassiterite)의 생성을 억제하기 위해 SnO2 함량을 비화학 양론 조성비로 감소시키면서 합성한 결과 SnO2가 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
잉크젯 프린팅과 레이저 프린팅과 같은 디지털 프린팅 공정의 장점은 무엇인가?
도자제품에 컬러 디자인을 적용하기 위해 기존에는 주로 실크 프린팅과 전사기법을 사용하였으나 다양한 색상 및 패턴 구현에 어려움이 있고 원료 낭비가 심하다는 문제점이 있어 왔다. 반면 잉크젯 프린팅과 레이저 프린팅과 같은 디지털 프린팅 공정은 디지털 신호에 의해 원하는 위치에 잉크가 토출되는 방식으로 다양한 이미지 구현이 가능하며 원료의 낭비가 적어 효율성 높은 친환경적 공정이라는 장점을 가지고 있다[1, 2]. 디지털 프린팅 공정에서는 cyan, magenta, yellow, black의 컬러가 기본적인 디지털 4원색으로 사용되며, 도자제품에 적용하기 위해서는 1000℃ 이상의 고온 소성을 위해 우수한 열적 안정성을 가진 세라믹 안료 개발이 필수적이다[2].
디지털 프린팅 공정에서 사용되는 기본적인 디지털 4원색은 무엇인가?
반면 잉크젯 프린팅과 레이저 프린팅과 같은 디지털 프린팅 공정은 디지털 신호에 의해 원하는 위치에 잉크가 토출되는 방식으로 다양한 이미지 구현이 가능하며 원료의 낭비가 적어 효율성 높은 친환경적 공정이라는 장점을 가지고 있다[1, 2]. 디지털 프린팅 공정에서는 cyan, magenta, yellow, black의 컬러가 기본적인 디지털 4원색으로 사용되며, 도자제품에 적용하기 위해서는 1000℃ 이상의 고온 소성을 위해 우수한 열적 안정성을 가진 세라믹 안료 개발이 필수적이다[2].
디지털 4원색 중 magenta 컬러는 높은 가격과 환경규제 물질이라는 단점이 있어, 이를 대안하는 무기안료는 무엇인가?
디지털 4원색 중 magenta 컬러는 기존에 Au나 Cd을 포함한 무기안료 입자가 이용되어 왔으나, 각각 높은 가격과 환경규제 물질이라는 이유로 이들을 대체하는 새로운 조성의 magenta 컬러 무기안료 입자 개발이 요구되어 왔다[1-3]. 최근에는 pink-red를 발색하는 무기안료인 CaO-SnO2-SiO2-Cr2O3 조성이 1300℃까지 사용 가능한 적색 계열 안료의 대안으로 주목받고 있다[4, 5, 7].
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