세라믹안료
개요
무기안료의 한 종류.
일반 안료는 물 ·기름에 녹지 않는 흰색 또는 유색의
분말로 유기안료와 무기안료로 나눈다. 이 중에서 세라믹안료는 도자기 ·유리 ·법랑 등에 쓰이는 착색제이며 높은 온도로 소성해서 색을 나타낸
것이다. 주로 금속 산화물이 쓰이지만 이를 융제, 유약, 소지 등과 섞어서 쓰기도 한다. 이들의 색은 섞는 물질에 따라 변하기도 하고, 소성
온도나 불꽃의 성질에 따라서도 변하는 경우가 있다. 유약의 착색방법에는 여러 가지가 있는데 간단한 방법으로는 유약에 철 ·코발트 ·망간 ·니켈
·구리 등과 같은 천이원소의 산화물 또는 탄산염을 첨가해서 착색시킨다. 이들 첨가물은 높은 온도에서 유약과 반응해서 용해하여 발색한다. 그래서
이들을 발색제 또는 정색제라고도 한다. 색깔에 따른 세라믹안료에는 다음과 같은 것들이 있다.
⑴ 흑색:(Cr, Fe)2O3인
α-Al2O3형 고용체도 있으나, 고온용으로는 (Co, Ni)O-(Cr, Fe)2O3계 스피넬이 적합하다. CoO, NiO, Cr2O3,
Fe2O3 등의 산화물을 배합해서 1,200~1,300℃로 소성한다. 좋은 색조를 띠는 검은색을 얻기 위해서는 Ni2+가 필요하다.
⑵ 회색:① 안티몬-주석 회색:SnO2에 Sb가 고용된 것. SnO2에 소량의 Sb2O3를 배합해서 1,300℃로 소성한다. 이는
청색을 띤 회색인데 색조를 회색 쪽으로 하려면 V2O5를 첨가한다.
② 지르콘 회색:ZrSiO4에 Co와 Ni이 고용된 것.
ZrO2와 SiO2에 CoO, NiO 또는 탄산염을 배합하고 다시 2~3종의 광화제를 첨가하여 900℃로 소성한다. ZrO2와 SiO2만으로
ZrSiO4를 합성하려면 1,500~1,600℃의 고온이 필요하나, NaF, NaCl 그 외의 광화제를 2~3종 병용하면 1,000℃ 정도
가열로도 ZrSiO4를 만들 수 있다. 이것은 다른지르콘계 안료에서도 응용된다.
⑶ 황색:① 안티몬 황색:2PbO-Sb2O5의
파이로크로아형 격자에 Al2O3, Fe2O3, SnO2 등을 고용시킨 것. Pb(NO3)2 또는 PbO와 Sb2O5에 Al(OH)3,
Fe2O3, SnO2 등을 배합해서 1,000~1,100℃로 소성한다.
② 바나듐-주석 황색:SnO2에 V가 고용된 것.
SNO2에 NH4VO3를 소량 배합해서 1,300 ℃로 소성한다. 이 외에 (SnTi)O2에 V를 고용시켜서 색조를 조정한다.
③
바나듐-지르코늄 황색:ZrO2에 V가 고용된 것. ZrO2에 V2O5 또는 NH4VO3를 소량 배합해서 1,300 ℃로 소성한다. 위의
SnO2-V2O5 황색보다 둔하지만 값이 싸기 때문에 타일에 많이 쓰인다. ZrO2-Y2O3-V2O5는 단결정 ZrO2가 생기는 조성 범위
내에서 Y2O3를 고용시키고 다시 V도 고용시킨 것으로 색조는 약간 오렌지색을 띤다. ZrO2-TiO2-V2O5-In2O3도 같은 것으로
(ZrTi)O2에 V, In을 고용시킨 것이다.
④ 프라세오디뮴 황색:ZrSiO4에 Pr을 고용시킨 것. ZrO2, SiO2,
Pr6O11에 NaF, (NH4)2MoO4 등의 광화제를 3~4종 배합해서 900 ℃로 소성한다.
⑤ 크로뮴-티타늄
황색:TiO2에 CrSbO4 또는 Cr2WO6가 고용된 것. TiO2에 Sb2O5, K2Cr2O7 또는 Na2WO4, PbCrO4 등을 배합해서
1,300 ℃로 소성한다.
⑥ 지르콘-카드뮴 황색:ZrSiO4 속에 CdS 또는 (CdZn)S를 넣은 것. 바꾸어 말하면, Cds
또는 (CdZn)S를 ZrSiO4로 코팅한 것이다. ZrO2, SiO2, CdCO3, S, Na2SO4, ZnO, LiF 등을 습식으로 혼합하고
1,000 ℃로 소성한 다음 ZrSiO4 속에 들어가지 않은 CdS, (CdZn)S를 질산과 같은 산으로 녹여낸다. 이때 CdS,
(CdZn)S의생성이 ZrSiO4 생성보다 낮은 온도에서 완료하고, 또 코팅되는 것이 황화물, 코팅하는 것이 규산염인 것과 같이 아주 이질적인
것이기 때문에 CdS나 (CdZn)S의 생성과 ZrSiO4 생성이 서로 무관하게 또 부수적인 반응없이 진행된다. 이런 것이
Zr-Si-Cd-(Zn)-S계 안료의 조제를 가능하게 한다.
⑷ 다갈색:① Zn-Al-Cr-Fe계:이 계의 스피넬인 ZnO
·(Al, Cr, Fe)2O3는 색조가 다양한데 Al3+, Cr3+, Fe3+의 함량에 따라 황색 ·적색 ·흑색기를 띤 다갈색을 나타낸다.
Zn-Cr-Fe계, 즉 ZnO ·(Cr, Fe)2O3도 이와 같다. 각 산화물을 배합해서 1,200~1,300 ℃로 소성한다.
②
Zr-Si-Pr-Fe계:Zr-Si-Pr계인 프라세오디뮴 황색과 Zr-Si-Fe계인 새먼 핑크를 혼합한 것으로 두 성분의 중간색을 다양하게 나타낼
수 있다.
③ Zr-Ti-Fe-V계:(ZrTi)O2계의 ZrO2형 단사정 모격자에 V와 Fe를 고용시킨 것. 각 산화물을 배합한
다음 1,200~1,300℃로 소성한다.
⑸ 녹색:① 피콕:(Co, Zn)O ·(Al, Cr)2O3의 스피넬 고용체. CoO,
ZnO, Cr2O3, Al(OH)3 등을 배합해서 1,300 ℃로 소성한다. CoO와 ZnO의 비를 일정하게 해놓고 Al3＋ → Cr3＋의
치환량을 늘림에 따라 청색에서 청록색으로 변하며 유약에 대해서 안정해진다.
② 빅토리아 그린:우바로바이트인 3CaO-Cr2O3
·3SiO2로 되어 있다. 몰 비로 CaO:Cr2O3:SiO2＝3:1:3이 되도록 SiO2, CaCO3, K2Cr2O7 혹은 Cr2O3를
배합하고 다시 CaCl2, CaF2, LiF를 약간 첨가해서 1,150~1,200℃로 소성한다.
③ 크롬-알루미나 그린:(Al,
Cr)2O3의 α-Al2O3형 고용체. Al(OH)3와 Cr2O3를 배합하되, 몰 비로 Al2O3:Cr2O3=1:1~1:5로 한다. 소성온도는
1,300℃이다.
⑹ 청색:① 코발트 블루:CoO-nAl2O3 또는 (Co, Zn)O-nAl2O3의 스피넬이며 n은 대략 2이다.
CoO, ZnO, Al(OH)3 등을 배합해서 1,200℃로 소성한다.
② Co-Zn-Si계:2(Co, Zn)O ·SiO2
울레마이트형 고용체이다. 2ZnO ·SiO2의 Zn2+를 약 25 % Co2+로 치환되게 CoO, ZnO, SiO2 등을 배합해서 1,200℃로
소성한다.
③ 터키 청색:ZrSiO4에 V이 고용된 것. ZrO2, SiO2, NH4VO3 또는 V2O5 그리고 광화제로 NaF,
NaCl 같은 것을 배합해서 900℃로 소성한다.
⑺ 핑크:① 망간 핑크:α-Al2O3에 Mn, P가 고용된 것. MnHPO4와
Al(OH)3를 배합해서 1,200~1,300℃로 소성한다.
② 크롬-알루미나핑크:ZnO ·(Al, Cr)2O3의 스피넬. ZnO
·Al2O3의 Al2O3를 20몰% 정도 Cr2O3로 치환되도록 ZnO, Cr2O3, Al(OH)3 등을 배합해서 1,300℃로 소성한다.
ZnO, Al2O3가 많은 유약에서 핑크색을 나타낸다.
③ 크롬-주석 핑크:CaO ·SnO2 ·SiO2에 Cr이 고용된 것. 몰
비로 CaO:SnO2:SiO2＝1:1:1이 되도록 CaCO3, SnO2, SiO2를 배합하고, 발색성분으로 K2Cr2O7과 같은 Cr 화합물과
광화제로 Na2B4O7, B2O3 등을 첨가해서 1,200℃로 소성한다.
④ 새먼 핑크:ZrSiO4에 Fe가 고용된 것.
ZrO2, SiO2, FeSO4 ·H2O, FeCl3와 광화제로 NaF, NaCl, NaNO3 등을 배합해서 900℃로 소성한다. B2O3가
많은 유약에는 맞지 않는다.
⑤ 크롬-주석 라이락:CaO ·SnO2 ·SiO2에 Cr과 Co가 고용된 것. Co는 염기성
탄산코발트로 공급한다. 1,200℃로 소성한다.
⑥ 파이어 레드:ZrSiO4로 Cd(S Se)인 카드뮴 적색을 코팅한 것이다.
ZrO2, SiO2,CdCO3, S, Se, LiF 등을 배합해서 900 ℃로 소성한다. 과잉의 Cd(S Se) 같은 것은 질산으로 녹여낸다.
| 세라믹 안료의 새로운 전망(New outlooks on ceramic pigments) |
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□ 세라믹 안료의 소비는 증가하고 있으며 폭넓은 도료제품의 생산으로 시장의 구조는 적용기술에 대한 급진적인 혁신 때문에 안료 소비자들에 의한 요구 수요로 의결과로 가져온 시장 구조는 급속도로 변화하고 있다.
□ 과학적 관점으로부터 결정구조와 안료색체사이의 관련한 지식의 향상은 주요한 도전이다 안료의 많은 본질적 영향은 아직도 여전히 알려지지 않았다.
□ 최근 몇 년간 장식된 세라믹제품의 시장에서 여러 변화와 기술적용에 있어서의 지속적인 혁신은 새로운 생산품과 공정이 사용자들의 새로운 요구에 접근 가능하게 하는 것을 찾아 세라믹 안료 제품으로 가는 추세이다.
□ 제품과 제품공정 사이에서 발암물질과 독성기질을 제거 시키는 것. 특별히 화력 공정에서 에너지 저장뿐만 아니라 휘발성 물질의 사용을 최소화함으로써 안료 생산의 환경에 영향을 줄이는 것. 자기 도색을 위한 광범위한 색깔의 물감뿐만 아니라 적은 양의 안료로 높은 온도에서의 성능을 향상 시키는 것. 녹을 수 있는 소금과 잉크젯과 같은 적용분야의 새로운 기술의 요구사항들에서 안료의 물리 화학적 특성을 만드는 것 등이 관건이다.
□ 기존의 빨간색과 파란색의 안료를 대체하기위한 새로운 적절한 결정 구조의 원리와 개발. 여러 안료 처리의 혁신적인 공정의 디자인과 획기적인 공정으로의 변환을 위한 기술적인 설비 시설의 보완이 중요하다. |
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