인류는 아름다움을 추구하는 경향이 있으며, 진주는 부와 신분의 상징으로 수 천년 동안 많은 사람들의 사랑을 받아 왔다. 현재의 인조진주는 밝은 색감을 갖고 코팅공정이 쉬운 유기색소를 이용하였으나, 낮은 내후성 및 내구성과 천연진주의 고급스러운 광택 표현의 어려움으로 인해 새로운 코팅기술이 필요한 실정이다. 본 연구는 코팅 결합제로 니트로셀룰로오스와 우레탄을 이용하였고, 색감을 표현하기 위하여 무기 펄 안료를 사용하였다. 니트로셀룰로오스와 용매의 비, 우레탄과 경화제의 비, 펄의 첨가량, 코팅 횟수, 건조 온도 등의 실험변수를 조절하여 실험을 진행하였다. 코팅 된 인조진주는 색차계, 자외선, 촉진내후성 등의 특성을 분석하였고, 우레탄을 이용한 경우 내약품성 및 내후성이 니트로셀룰로오스 보다 뛰어난 것을 확인하였다.
인류는 아름다움을 추구하는 경향이 있으며, 진주는 부와 신분의 상징으로 수 천년 동안 많은 사람들의 사랑을 받아 왔다. 현재의 인조진주는 밝은 색감을 갖고 코팅공정이 쉬운 유기색소를 이용하였으나, 낮은 내후성 및 내구성과 천연진주의 고급스러운 광택 표현의 어려움으로 인해 새로운 코팅기술이 필요한 실정이다. 본 연구는 코팅 결합제로 니트로셀룰로오스와 우레탄을 이용하였고, 색감을 표현하기 위하여 무기 펄 안료를 사용하였다. 니트로셀룰로오스와 용매의 비, 우레탄과 경화제의 비, 펄의 첨가량, 코팅 횟수, 건조 온도 등의 실험변수를 조절하여 실험을 진행하였다. 코팅 된 인조진주는 색차계, 자외선, 촉진내후성 등의 특성을 분석하였고, 우레탄을 이용한 경우 내약품성 및 내후성이 니트로셀룰로오스 보다 뛰어난 것을 확인하였다.
Humanity has tended pursuing beauty. Pearls has been loved by many people for thousands of years as a symbol of wealth and status. Today, Artificial pearl were made using organic pigment due to bright colors and easy coating process. But the new coating technique is required due to low durability, w...
Humanity has tended pursuing beauty. Pearls has been loved by many people for thousands of years as a symbol of wealth and status. Today, Artificial pearl were made using organic pigment due to bright colors and easy coating process. But the new coating technique is required due to low durability, weather resistance and difficulty of luxurious luster expression. This study, nitrocellulose and urethane were used as binder and inorganic pigment were used to expression of colors. Experimental variable of artificial pearl with nitrocellulose and solvent ratio, urethane and curing agent ratio, the amount of pearl number of coating, drying temperature and time, and coating technology was developed. The coated artificial pearl was evaluated with color-difference meter, ultraviolet ray resistance, promotion weathering. Urethane was better than nitrocellulose when compared with weather resistance, acid-alkalinity resistance.
Humanity has tended pursuing beauty. Pearls has been loved by many people for thousands of years as a symbol of wealth and status. Today, Artificial pearl were made using organic pigment due to bright colors and easy coating process. But the new coating technique is required due to low durability, weather resistance and difficulty of luxurious luster expression. This study, nitrocellulose and urethane were used as binder and inorganic pigment were used to expression of colors. Experimental variable of artificial pearl with nitrocellulose and solvent ratio, urethane and curing agent ratio, the amount of pearl number of coating, drying temperature and time, and coating technology was developed. The coated artificial pearl was evaluated with color-difference meter, ultraviolet ray resistance, promotion weathering. Urethane was better than nitrocellulose when compared with weather resistance, acid-alkalinity resistance.
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문제 정의
향장 재료로 사용되는 다양한 인체 적합형 펄 소재를 인조진주 코팅 소재로 이용하고, 다양한 바인더와 첨가제를 이용하여 코팅하는 기술을 개발하고자 한다. 무기 색소의 종류와 코팅 두께, 점도, 첨가제 및 안료 양 등을 변화시켜 최적의 색상을 갖는 변수를 찾아내었고, 최종 코팅된 인조진주의 내후성, 내산성 및 내알카리성 등을 평가하여 새로운 소재로 활용하고자 한다.
본 논문은 기존의 중금속이 포함된 유기안료를 친환경적 인공진주 제조용 무기 펄 안료로 대체하고, 이를 이용한 인조진주 코팅 기술을 개발하기 위한 것이다. 향장 재료로 사용되는 다양한 인체 적합형 펄 소재를 인조진주 코팅 소재로 이용하고, 다양한 바인더와 첨가제를 이용하여 코팅하는 기술을 개발하고자 한다.
본 논문은 기존의 중금속이 포함된 유기안료를 친환경적 인공진주 제조용 무기 펄 안료로 대체하고, 이를 이용한 인조진주 코팅 기술을 개발하기 위한 것이다. 향장 재료로 사용되는 다양한 인체 적합형 펄 소재를 인조진주 코팅 소재로 이용하고, 다양한 바인더와 첨가제를 이용하여 코팅하는 기술을 개발하고자 한다. 무기 색소의 종류와 코팅 두께, 점도, 첨가제 및 안료 양 등을 변화시켜 최적의 색상을 갖는 변수를 찾아내었고, 최종 코팅된 인조진주의 내후성, 내산성 및 내알카리성 등을 평가하여 새로운 소재로 활용하고자 한다.
제안 방법
4. 합성된 인조진주의 물리적, 화학적 테스트를통해 기존의 안료를 사용한 인조진주 보다높은 안정성을 갖는 인조진주 제조 공정 및 기술을 최적화하였다.
촉진내후성을 알아보기 위해 촉진내후성시험기(QUV/SE, The Q·Panel company, USA)를 이용해 촉진내후성을 시험한 뒤 이의 색차값 변화를 통해 물리적 충격에 대한 변화를 확인할 수 있었다. 내화학성 시험은 도료 시험 규격을 기준으로 1 ~ 5 wt%의 농도를 갖는 염산 또는 수산화나트륨용액을 1 mL 시편에 떨어뜨려 48시간 경과후의 시편의 변화를 CIE 색차 값 변화로 측정하였다.
니트로셀룰로오스와 우레탄을 이용하여 코팅된 특성을 평가하기 위해 색차 분석을 실시하였으며, 그 결과를 Table 1, Table 2에 표기하였다.
다음으로 Table 2의 우레탄 코팅 결과 UD-1 ~ UD-3은 경화제의 변화시킨 결과로 색차 값의 차이가 크지 않아 일반적 혼합비인 수지대비 10 vol%를 혼합하여 사용한 UD-2를 선정하였다. UD-4 ~ UD 8은 안료의 양을 조절한 샘플로 안료의 양이 3 g 이상인 UD-8부터는 진주 표면이 거칠어지고 물결무늬가 형성되나 UD-7인 2.
다음으로 우레탄을 이용해 인조진주를 코팅하는 공정은 니트로셀룰로오스와 방법은 같으나 바인더로 우레탄을 사용하였고, 실험변수로 경화제와의 혼합비, 인조광택안료의 첨가량, 코팅 횟수 등의 조건을 달리하여 실험을 진행하였다.
, Korea)을 사용하였다. 또한 우레탄의 경화제로는 폴리올계 경화제(Curing agent, Lot. 1813061215, Chokwang paint Ltd., Korea)를 사용하여 코팅 실험을 진행하였다.
무독성의 화장품 진주광택안료를 코팅 물질로 하고, 바인더로 니트로셀룰로오스와 우레탄을 이용한 코팅을 진행하여 인조진주 코팅 기술을 개발하였고, 외부 작용에 의한 색차 변화를 측정하여 확인한 결과 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.
최종 코팅은 안료를 첨가하지 않은 용액에 2 회 코팅 후 건조하여 마무리한다. 실험의 변수로 진주광택안료의 첨가량, 아세톤과 니트로셀롤로오스의 혼합비, 진주광택안료의 코팅 회수와 건조 조건을 달리하며 실험을 진행하였다.
안료의 코팅 후 인조진주의 색상 변화를 확인하기 위해 색상 값을 확인해 주는 색차계 (Spectrophotometer, Konica Milolta Sensiny CM-2500C)를 이용하여 각각의 실험 변수에서 최적을 선정하였으며, 이는 CIE(표준) 표색계는 국제조명위원회(Commission Internationale de I’Eclairage, 약칭 : CIE)에서 지정한 CIE(표준) 표색계로 표기하였다.
자외선에 의한 코팅된 인조진주의 변화 특성은 자외선 조사기(UV Power Puck Ⅱ, EIT, USA)를 이용해 일정 자외선 광량을 조사 후 이의 색상 변화를 색차값 비교를 통해 확인할 수 있었다. 촉진내후성을 알아보기 위해 촉진내후성시험기(QUV/SE, The Q·Panel company, USA)를 이용해 촉진내후성을 시험한 뒤 이의 색차값 변화를 통해 물리적 충격에 대한 변화를 확인할 수 있었다.
촉진내후성을 알아보기 위해 촉진내후성시험기(QUV/SE, The Q·Panel company, USA)를 이용해 촉진내후성을 시험한 뒤 이의 색차값 변화를 통해 물리적 충격에 대한 변화를 확인할 수 있었다.
5 g의 최적의 안료 혼합비를 선정하였다. 코팅횟수에 따른 변수인 UD-9 ~ UD-12는 니트로셀룰로오스와 같은 경향을 가져 5회 코팅하고 2.5 g의 안료가 혼합되는 UD-7을 최적의 조건으로 선정하였다.
대상 데이터
UD-4 ~ UD 8은 안료의 양을 조절한 샘플로 안료의 양이 3 g 이상인 UD-8부터는 진주 표면이 거칠어지고 물결무늬가 형성되나 UD-7인 2.5 g은 가장 낮은 명도 값과 높은 채도 값 및 낮은 b*값을 가져 2.5 g의 최적의 안료 혼합비를 선정하였다.
황변 값(Yellow index, △E)는 색차이론에서 삼차원적 측색 방법으로 미국 표준에서 제정한 NBS (National Bureau of Standards) 단위인 색 차이를 나타내는 △E는 Hunter Schofield의 색 차식 △E = [(L)² + (a)² + (b)²]1/2 에 의하여 구해진 값을 계산해 디지털로 나타내는 Color meter를 사용하여 그 값을 측정하였다[33]. 모든 비교샘플은 같은 방법으로 코팅되었으며, 비교를 위하여 유기 안료를 사용한 샘플을 준비하였다. 샘플의 이름표기는 니트로셀룰로오스를 이용할 경우 N, 우레탄을 이용할 경우 U, 유기 안료의 경우 O, 무기 안료의 경우는 별도로 표기하지 않았고, 색상의 차이에 따라 청색은 B, 적색은 R로 표기하였으며 예를 들어 니트로셀룰로오스 청색 무기안료는 ND-B와 같이 표기하였다.
본 연구에서 인조진주를 코팅하기 위해 사용한 시약은 다음과 같다. 무기물질인 적색 펄 안료는 ER220(Mica/TiO2/SnO2/Fe2O3, red pearl, Xentech. kr, Korea), 청색 펄 안료는 EB442(Mica/TiO2/SnO2/Ferric ferrocyanide, blue pearl, Xentech. kr, Korea)를 사용하였다. 코팅용 바인더를 용해하는 용매는 아세톤(Acetone, CH3COCH3, 99.
kr, Korea)를 사용하였다. 코팅용 바인더를 용해하는 용매는 아세톤(Acetone, CH3COCH3, 99.5%, Samchun pure chemical Co., Ltd., Korea)을 바인더로는 니트로셀룰로오스 (Nitrocellulose, L(SS)-1/2 SEC (IPA 30%), KCNC, Korea)와 우레탄(Acrylic urethane, C3H7NO2, Lot. 1812051617, Chokwang paint Ltd., Korea)을 사용하였다. 또한 우레탄의 경화제로는 폴리올계 경화제(Curing agent, Lot.
성능/효과
자외선 시험 결과 (a), (b) 모두 무기안료로 코팅한 도막의 황변 값이 유기안료보다 작은 것을 확인 할 수 있었다. 먼저 청색 안료를 사용한 (a)의 △E 값은 무기 안료를 사용하였을 때 10회에 0.91, 20회에 1.73의 값을 갖는 것에 반해 유기안료 샘플은 각각 14.49와 16.96의 값 갖는 것을 확인할 수 있다.
2. 니트로셀룰로오스를 이용한 샘플인 O-ND와 ND를 비교한 결과, 무기안료를 이용할경우 자외선테스트는 청색 평균 91.36%,적색평균 79.54%, 촉진내후성은 청색 평균67.59%, 적색 평균 79.73%의 황변 값 감소효과가 나타났다.
3. 바인더의 종류를 변화한 결과 니트로셀룰로오스 구조 내부의 NO3- 기에 인해 발생된분해 작용으로 인해 우레탄으로 코팅한 인조진주의 안정성이 상대적으로 높은 것을확인하였다.
1 g의 안료가 첨가된 ND-3에서 코팅된 표면이 매끄럽고 안료가 고르게 코팅되었다. 결과적으로 35 mL의 아세톤 및 1.5 g의 인조진주를 사용하여 5회 코팅하여 제조한 인조진주 샘플인 ND-3 조건을 니트로셀룰로오스를 이용한 진주 코팅 조건의 최적으로 선정하였다.
또한 Fig. 6의 그래프를 보면 우레탄을 이용하여 코팅된 도막의 황변 값이 작으며 이를 통해 우레탄이 니트로셀룰로오스보다 내후성이 뛰어난 것을 확인 할 수 있었다. 다음으로 유기 안료와 무기안료를 비교하면 육안으로도 확인 할 수 있을 정도로 유기 안료의 색의 변화가 큰 것을 알 수 있다.
ND-7 ~ ND-10은 코팅횟수에 따른 색차 값으로 1 ~ 5회 코팅시 명도 및 b*의 음수 값이 지속적으로 높아졌으며 6회 이상 코팅시 색차 값의 변화가 매우 작아 5회 코팅한 ND-3을 최적으로 선정하였다. 마지막으로 ND-11, ND-12는 안료의 양을 변화한 결과로 안료가 0.5 g 첨가죈 ND-11에서는 흰색의 기재가 비치며, 1.5 g 첨가된 ND-12에서는 매끄럽지 않은 진주 표면이 형성되었다. 1 g의 안료가 첨가된 ND-3에서 코팅된 표면이 매끄럽고 안료가 고르게 코팅되었다.
먼저 니트로셀룰로오스의 ND1 ~ ND6은 아세톤의 양을 20 mL에서 60 mL로 늘려가며 코팅한 실험의 결과이다. 아세톤 35 mL를 사용한 ND-3의 명도 값이 가장 낮고 채도는 높으며 b*의 음수값이 가장 높아 진한 푸른색을 띄는 것을 확인하였다. 아세톤의 양이 적어 점도가 높은 ND-1, ND-2는 안료가 고르게 분산되지 않아 코팅된 표면이 거칠어지기 때문에 난반사가 일어난다.
9의 값을 가진다. 우레탄의 경우에도 유기안료의 황변 값이 무기안료보다 큰 값이 나타났으며, 이를 통해 유기안료를 이용할 경우 최소 2.5배 이상의 황변 차이가 나타나는 것을 확인하였다. 이는 유기안료의 발색단을 이루는 이중구조가 무기안료의 금속결합보다 약하여 쉽게 분해가 일어나기 때문에 나타나는 현상이다.
이를 통해 적색 안료를 이용할 경우 청색보다 적색 안료가, 유기안료보다 무기안료가 상대적으로 높은 안정성을 띄는 것을 확인 할 수 있었다.
촉진내후성 시험 결과, 무기안료를 사용한 도막이 상대적으로 색상 변화가 적었으며, 우레탄과 니트로셀룰로오스 바인더 사이에는 우레탄의 △E 변화 값이 니트로셀룰로오스 보다 낮은 것을 알 수 있었다.
후속연구
현재까지의 인조진주 제조는 다양한 색상을 갖는 유기안료를 이용하여 코팅한 것이 유일한 방법이며, 새로운 소재를 적용하기 위한 방법이 다양하게 시도되고 있다. 또한 국내 및 해외 시장 진출을 위해 인체에 무해하며 독특한 물성을 갖는 소재의 연구와 개발이 필요하다.
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