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중금속( $Cr^{+6}$) 사용하지 않은 무독성 블랙안료의 개발
The Developement of Non-toxic Black Pigments Unused Cr(VI) 원문보기

한국산학기술학회 2010년도 춘계학술발표논문집 2부, 2010 May 28, 2010년, pp.957 - 960  

도영웅 (순천향대학교 화학공학 환경공학과) ,  하진욱 (순천향대학교 화학공학 환경공학과)

초록
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본 연구에서는 중금속 크롬($Cr^{+6}$)이 포함된 흑색안료(Copper Chromite Black)를 공침공정을 이용하여 무독성의 Fe 화합물로 대체한 환경친화적인 블랙(흑색)안료를 개발하였다. 안료제조를 위하여 인체에 무해한 화합물($MnCO_3$, Fe(OH)$_3$, CuO)을 원료로 사용하였으며, 가스소성, Ring-Mill에 의한 습식분쇄 그리고 건조과정을 통하여 흑색안료를 제조하였다. 안료의 평가는 제품의 품질을 결정하는 색상과 착색력을 최우선으로 선정하여 색차계로 고찰하였다. 연구결과, 공침공정으로 제조한 원료를 $950^{\circ}C$에서 12시간 동안 가스소성을 한 후 건조와 분쇄공정(습식)을 거쳐 흑색안료를 제조하였을 때, 최적의 색 선명도, 착색력 및 입도($1{\mu}m$ 이하)를 가진 것으로 나타났다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • Cr을 사용한 기존의 흑색안료는 1,100℃에서 소성하여 제조되어 왔으나, 본 연구에서는 Cr을 Fe로 치환하였기 때문에 최적의 소성온도를 결정하기 위하여 1,000℃, 1,100℃, 1,200℃ 세 가지 온도로 소성실험을 진행하였다.
  • 따라서 환경법규에 규제된 8대 중금속이 포함되지 않은 친환경 제품으로 현재 국내 안료에서 다량으로 사용하고 있는 크롬(Cr)이 포함된 흑색안료(Copper Chromite Black)를 Fe 화합물로 대체한 환경친화적 무독성 흑색안료의 제조 및 특성연구를 진행하였다.
  • 또한 안료의 안정한 색상을 얻기 위하여 입도의 크기가 서로 다른 여러 가지 원료를 혼합/분쇄하였다.
  • 소성을 한 결과 1,100℃와 1,200℃에선 안료가 용융되어 안료에 대한 적용이 불가하였으나, 1000℃에서 소성된 안료의 경우 소성품을 재분쇄하여 안료를 제조한 후 도료적용 시험을 하여 색차 결과를 얻었다.
  • 제조한 안료의 색상과 특성을 분석하기 위하여 색차계(GretagMacbeth Color-Eye 7000A Reference Spectrophotometer, 미국)를 사용하여 국제조명위원회(CIE, Commissiom Internationale de I'Eclairage) 표색계의 값(ΔL, Δa, Δb)으로 측정하였다.
  • 현재 국내 안료에서 다량으로 사용하고 있는 크롬(Cr)이 포함된 흑색안료 (Copper Chromite Black)를 Fe 화합물로 대체하여 제조하였으며, 제조한 안료의 소성온도와 색차값을 비교하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
  • 흑색안료 제조시 1,000℃이상의 온도에서는 용융되기 때문에 1,000℃보다 낮은 온도에서 최적 소성온도 실험을 진행하였다.
  • 흑색안료는 Fe 화합물에 따라 두 가지로 제조하여 실험을 진행하였으며, Mn과 Fe, Cu를 기존의 안료 조성에 따라 2.87 : 1 : 2.02의 함량(wt.%)으로 혼합한 뒤 사용원료의 입도를 균일하게 하기 위하여 30분간 1차 Ring-Mill을 하였다.
  • 흑색안료는 Fe 화합물에 따라 두 가지로 제조하여 실험을 진행하였으며, Mn과 Fe, Cu를 기존의 안료 조성에 따라 혼합한 뒤 사용원료의 입도를 균일하게 하기 위하여 Ring-Mill을 하였다.

대상 데이터

  • Cr을 대체한 Fe 화합물은 기존안료와 색차값이 적은 Fe(OH)3로 선정하였고, 소성온도에 따른 원료의 조성은 [표 5]에 나타내었다.
  • 선행 실험과 동일한 방법으로 30분간 Ring-Mill한 결과 평균 입도의 크기는 0.9～1㎛, 비표면적은 9～10 sq m/g․m인 원료를 제조하였다.
  • 실험에 사용한 시약은 MnO2 (영대화학, 일본), Fe2O3 (Zhonglong, 중국), Fe(OH)3 (Dubay, 중국), CuO (KP 권풍, 대한민국) 제품이며, 국내 시판되고 있는 시약을 사용하였다.
  • 환경법규에 규제된 8대 중금속 특히 크롬 (Cr)이 포함되지 않은 흑색안료를 합성하기 위하여 기본 원료는 인체에 무해한 MnO2, Fe2O3, Fe(OH)3, CuO를 사용하였다.
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