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디지털 컬러용 pink-red 고온발색 무기안료의 합성 및 특성평가
Synthesis and characterization of thermally stable pink-red inorganic pigment for digital color 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.24 no.4, 2014년, pp.169 - 175  

이원준 (한국세라믹기술원 이천분원) ,  황해진 (인하대학교 신소재공학부) ,  김진호 (한국세라믹기술원 이천분원) ,  조우석 (한국세라믹기술원 이천분원) ,  한규성 (한국세라믹기술원 이천분원)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 $1000^{\circ}C$

주제어

AI 본문요약
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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.
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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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참고문헌 (15)

  1. D. Gardini, M. Dondi, A.L. Costa, F. Matteucci, M. Blosi and C. Galassi, "Nano-sized ceramic inks for drop-on-demand ink-jet printing in quadrichromy", J. Nanosci. Nanotechnol. 8 (2008) 1979. 

  2. I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van-Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki and I. Arabazis, "Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline $TiO_2$ suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films", Appl. Catal., A: General. 60 (2012) 411. 

  3. P.M.T. Cavalcante, M. Dondi, G. Guarini, M. Raimondo and G. Baldi, "Colour performance of ceramic nano-pigments", Dyes Pigm. 80 (2009) 226. 

  4. A. Domenech, F.J. Torres, E.R. de Sola and J. Alarcon, "Electrochemical detection of high oxidation states of chromium (IV and V) in chromium-doped cassiterite and tin-sphene ceramic pigmenting systems", Eur. J. Inorg. Chem. 2006 (2006) 638. 

  5. B. Julin, H. Beltrn, E. Cordoncillo, P. Escribano, J.V. Folgado, M.V. Regi and R.P.d. Real, "A study of the method of synthesis and chromatic properties of the $Cr-SnO_2$ pigment", Eur. J. Inorg. Chem. 10 (2002) 2694. 

  6. A.M. Heyns and P.M. Harden, "Evidence for the existence of Cr(IV) in chromium-doped malayaite $Cr^{4+}$ : $CaSnOSiO_4$ : a resonance raman study", J. Phys. Chem. Solids. 60 (1998) 277. 

  7. G. Costa, M.J. Ribeiro, J.A. Labrincha, M. Dondi, F. Matteucci and G. Cruciani, "Malayaite ceramic pigments prepared with galvanic sludge", Dyes Pigm. 78 (2008) 157. 

  8. J.W. Moon, Y.H. Song, W.J. Park and D.H. Yoon, "Luminescence characterization of $Eu^{3+}$ and $Bi^{3+}$ codoped in $Y_2SiO_5$ red emitting phosphor by solid state reaction method", J. Korean Cryst. Growth. Cryst. Technol. 19 (2009) 15. 

  9. C.S. Kim, "Electrical conductivity of olivine type $LiFe_{0.965}Cr_{0.03}B_{0.005}PO_4$ and $LiFe_{0.965}Cr_{0.03}Al_{0.005}PO_4$ powders", J. Korean Cryst. Growth. Cryst. Technol. 20 (2010) 141. 

  10. F.J. Berry, N. Costanatini and L.E. Smart, "Synthesis of chromium-containing from pigment chromium recovered from leather waste", Waste Manage. 22 (2002) 761. 

  11. N.T. McDevitt and W.L. Baun, "Infrared absorption study of metal oxides in the low frequency region (700-240 $cm^{-1}$ )", Spectrochim. Acta 20 (1964) 799. 

  12. H. Zhang, X. Lei, Z. Su and P. Liu "A novel method of surface-iniate atom transfer radical polymerization of styrene from silica nanoparticles for preparation of monodispersed core-shell hybrid nanospheres", J. polym. Res. 14 (2007) 253. 

  13. P. Rado, "An introduction to the technology of pottery", Pergamon Press (1969) 15-685. 

  14. E. Lopez, G. Monzonis and A. Navarro, " $Cr-SnO_2-CaO-SiO_2$ -based ceramic pigments", Am. Ceram. Soc. Bull. 63 (1984) 1492. 

  15. I.R. Mulholland, "Malayaite and tin-bearing garnet from a skarn at Gumble, NSW, Australia", Minreral. Mag. 48 (1984) 27. 

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