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수계 세라믹 복합잉크의 유변학적 거동 및 잉크젯 프린팅 특성

Rheological behavior and ink-jet printing characteristics of aqueous ceramic complex ink

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.28 no.3, 2018년, pp.123 - 129  

권종우 (한국세라믹기술원) ,  이종흔 (고려대학교 신소재공학부) ,  황광택 (한국세라믹기술원) ,  김진호 (한국세라믹기술원) ,  한규성 (한국세라믹기술원)

초록
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고온 열처리 후에도 안정적인 발색 효과를 가지는 디지털 4원색(cyan, magenta, yellow, black; CMYK)의 세라믹 잉크를 활용한 세라믹 잉크젯 프린팅 기술은 다양한 제품의 디지털 이미지를 정확하고 빠르게 인쇄 가능하다는 장점을 가지고 건축 및 세라믹 산업 분야에서 기존 공정을 빠르게 대체하고 있다. 세라믹 잉크젯 프린팅 기술은 무기 안료의 분산 안정성과 함께 적절한 점도와 표면 장력을 필요로 하며 기존에는 이러한 요구조건에 부합하는 유기용매 기반의 잉크가 주로 사용되어져 왔으나 최근에는 VOCs가 발생하지 않는 환경친화적인 세라믹 잉크 소재에 대한 관심이 커지고 있다. 본 연구에서는 $CoAl_2O_4$ cyan 발색 무기안료와 alumino boro-silicate 유리 분말을 사용하여 친환경적인 수계 세라믹 복합잉크를 합성하고, 수계 시스템에서의 유변학적 물성과 분산성을 최적화하여 잉크젯 프린팅 공정에서의 토출성 및 프린팅 특성에 대해 연구하였다. 그 결과, 합성된 수계 세라믹 복합잉크는 점도 및 표면장력 조절을 통해 satellite drop이 발생하지 않는 토출 거동을 보였으며, 유리 기판 위에서도 높은 접촉각으로 인해 잉크 퍼짐 현상이 최소화되며 프린팅되는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ink-jet printing technology with ceramic ink of the four digital primary colors (cyan, magenta, yellow, and black; CMYK) can provide stable coloration even in the high-temperature firing process. Ceramic ink-jet printing can be widely applied in construction and ceramic industries due to the advanta...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 친환경적인 수계 기반의 세라믹 복합잉크를 합성하였고, 합성된 수계 세라믹 복합잉크의 유변학적 물성 및 유리 기판에서의 잉크젯 프린팅 특성에 대하여 분석하였다. 수계 용매를 기반의 세라믹 복합잉크의 분산안정성과 점도 및 표면장력을 잉크젯 프린팅 공정에 적용가능한 가용 범위 내로 최적화하였으며, 세라믹 복합잉크의 유변학적 특성에 따른 잉크젯 프린터에서의 토출 및 프린팅 특성을 분석함으로써 유리 기판에서의 적용 가능성에 대해 연구하였다.
  • 본 연구에서는 환경 친화적인 수계 기반의 세라믹 복합 잉크를 제조하여 분산성 최적화, 점도 및 표면장력 제어, 액적 형성 거동 및 유리 기판 위에서의 프린팅 특성에 대해 분석하였다. CoAl2O4 세라믹 안료와 유리 분말은 약 200~300 nm의 크기의 입자로 미립화되어 디지털 프린팅 공정에 적용 시 노즐 막힘 현상을 방지하였으며, 이후 CoAl2O4 세라믹 안료와 유리 분말을 복합화하여 잉크로 제조하였고, 유변학적 거동 분석을 통해 분산 안정성 및 침전거동을 최적화하였다.
  • 본 연구에서는 친환경적인 수계 기반의 세라믹 복합잉크를 합성하였고, 합성된 수계 세라믹 복합잉크의 유변학적 물성 및 유리 기판에서의 잉크젯 프린팅 특성에 대하여 분석하였다. 수계 용매를 기반의 세라믹 복합잉크의 분산안정성과 점도 및 표면장력을 잉크젯 프린팅 공정에 적용가능한 가용 범위 내로 최적화하였으며, 세라믹 복합잉크의 유변학적 특성에 따른 잉크젯 프린터에서의 토출 및 프린팅 특성을 분석함으로써 유리 기판에서의 적용 가능성에 대해 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
세라믹 잉크젯 프린팅의 4원색은 무엇인가? 잉크젯 프린팅 기술은 기존의 실크 프린팅 및 스크린 프린팅과 같은 아날로그 공정에 비해 비교적 간단하며 디지털 방식으로 헤드로부터 미세한 액적을 토출하여 원하는 이미지를 구현하기 때문에 원료의 낭비가 적고 친환경적인 장점을 가진다[1-3]. 세라믹 잉크젯 프린팅은 디지털 4원색인 cyan, magenta, yellow, black(CMYK) 의 세라믹 발색 안료를 사용함으로써 사용자가 요구하는 full color의 이미지 구현이 가능하다[4, 5]. 또한 세라믹 잉크젯 프린팅 기술의 경우 다양한 디자인을 대량생산할 수 있으며 세라믹 공정에서 요구되는 1000˚C 이상의 고온 소결 후에도 프린팅된 제품이 화학적으로 안정하여 우수한 내구성을 지니며 탈색 및 변색이 없다는 장점으로 인해 건축용 세라믹 타일과 생활세라믹 산업에 빠르게 도입되고 있다[6-9].
full color의 이미지 구현이 가능한 세라믹 잉크젯 프린팅이 건축용 세라믹타일, 생활세라믹 산업에 빠르게 도입 되는 이유는 무엇인가? 세라믹 잉크젯 프린팅은 디지털 4원색인 cyan, magenta, yellow, black(CMYK) 의 세라믹 발색 안료를 사용함으로써 사용자가 요구하는 full color의 이미지 구현이 가능하다[4, 5]. 또한 세라믹 잉크젯 프린팅 기술의 경우 다양한 디자인을 대량생산할 수 있으며 세라믹 공정에서 요구되는 1000˚C 이상의 고온 소결 후에도 프린팅된 제품이 화학적으로 안정하여 우수한 내구성을 지니며 탈색 및 변색이 없다는 장점으로 인해 건축용 세라믹 타일과 생활세라믹 산업에 빠르게 도입되고 있다[6-9].
잉크젯 프린팅 기술의 특징과 장점은 무엇인가? 잉크젯 프린팅 기술은 기존의 실크 프린팅 및 스크린 프린팅과 같은 아날로그 공정에 비해 비교적 간단하며 디지털 방식으로 헤드로부터 미세한 액적을 토출하여 원하는 이미지를 구현하기 때문에 원료의 낭비가 적고 친환경적인 장점을 가진다[1-3]. 세라믹 잉크젯 프린팅은 디지털 4원색인 cyan, magenta, yellow, black(CMYK) 의 세라믹 발색 안료를 사용함으로써 사용자가 요구하는 full color의 이미지 구현이 가능하다[4, 5].
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참고문헌 (20)

  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. 

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  3. 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-printing films", J. Appl. Catal. A: Gen. 411-412 (2012) 60. 

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  9. B.R. Son, D.H. Yoon, J.H. Kim, K.S. Han, W.S. Cho and K.T. Hwang, "Synthesis of $(Co,Mg)Al_2O_4$ and $(Ni,Mg)Al_2O_4$ blue ceramic nano pigment by polymerized complex method", J. Kor. Ceram. Soc. 50 (2013) 510. 

  10. H. Yungevis and E. Ozel, "Effect of the milling process on properties of $CoFe_2O_4$ pigment", J. Ceram. Int. 39 (2013) 5503. 

  11. J.K. Kar, R. Stevens and C.R. Bowen, "Processing and characterisation of various mixed oxide and perovskite-based pigments for high temperature ceramic coloruring application", J. Alloys. Compd. 461 (2008) 77. 

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  14. P. Lunakova, M. Trojan, J. Luxova and J. Trojan " $BaSn_{1-x}Tb_xO_3$ : A new yellow pigment based on a perovskite structure", J. Dyes. Pigm. 96 (2013) 264. 

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  17. Q. Xu and O.A. Basaran, "Computational analysis of drop-on-demand drop formation", J. Phys. Fluids 19 (2007) 1. 

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  19. W. Rommel, E. Blass and W. Meon, "Plate separators for dispersed liquid-liquid systems: hydrodynamic coalescence model", J. Chem. Eng. Sci. 48 (1993) 1735. 

  20. D. Kim and J. Moon, "Highly conductive ink-jet printed film of nanosilver particles for printable elctronics", Electrochem. Solid-State Lett. 28 (2005) 30. 

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