강부장's Blog

【무기안료】(無機顔料 , inorganic pigment)

광물성 안료라고도 한다. 천연광물 그대로, 또는 이것을 가공 ·분쇄하여 만드는 것과 아연 ·티탄 ·납 ·철 ·구리 ·크롬 등의 금속화합물을 원료로 하여 만드는 것이 있다.

유기안료(有機顔料)에 비해 일반적으로 불투명하고 농도도 불충분하지만, 내광성(耐光性) ·내열성(耐熱性)이 양호하고 유기용제(有機溶劑)에 녹지 않는다. 또 가격이 저렴하고 사용량도 많다. 여러 가지의 종류가 있으며 색별(色別)로 나누면, 백색안료(산화아연 ·산화티탄 ·鉛白 등), 적색안료(벵갈라 ·버밀리온 ·카드뮴레드 등), 황색안료(黃鉛 ·황토 ·카드뮴옐로 등), 녹색안료(에메랄드綠 ·산화크롬녹 등), 청색안료(프러시안블루 ·코발트청 등), 자색안료(망간紫 ·mars紫 등), 흑색안료(카본블랙 ·鐵黑 등), 투명성 백색안료(體質顔料라고도 한다. 실리카백 ·알루미나백 ·白土 ·탄산칼슘 등)가 있다. 도료(塗料) ·인쇄잉크 ·회화(繪畵)용 크레용 ·고무 ·통신기계 ·건축재료 ·요업제품(窯業製品) ·합성수지 등 그 용도가 넓다.

무기안료는 고대 도자기의 유약이나 동굴의 벽화에서 볼 수 있듯이 오랜 옛날부터 이용되었는데, 이것들은 모두 천연광물을 이용한 것이다. 아연 ·티탄 ·철 ·구리 ·크롬 등의 산화물 ·황화물 ·크롬산염 ·페로시안화물로 이루어지는 좁은 뜻의 무기안료, 천연의 적토(赤土) ·황토 등의 토성안료(土性顔料), 금속분말을 사용한 금속분말 안료 등이 있다. 합성품의 시작(試作)은 18세기경부터 비롯되었다. 일반적으로 내광성(耐光性) ·내열성은 크나, 착색력은 작고 색조도 선명하지 않다. 대부분 물 ·기름 ·알코올 등 대개의 유기용제에 녹지 않는다. 대표적인 안료를 색조로 나누면 백색안료가 가장 많이 쓰이며, 착색용 외에 다른 안료에 섞어서 빛깔을 엷게 하거나 은폐력을 크게 하는 데도 사용된다. 또 백색안료 중에서 바라이트 ·호분(胡粉) ·백악(白堊) ·클레이 ·석고(石膏) 등은 체질안료(體質顔料)라 한다. 아마인유 등 전색제와 섞으면 투명하게 되어 바탕이 비쳐 보이게 되며, 다른 안료의 증량제, 도료의 혼화제(混和劑) 등으로 사용된다. 특수한 안료로는 형광등 ·브라운관 ·야광도료(夜光塗料) 등에 사용되는 아연 ·스트론튬 ·바륨 등의 황화물인 형광안료가 있다.

유기안료

유기안료는 물에 녹지 않는 금속화합물의 형태로 한 레이크 안료와 물에 녹지 않는 염료를 그대로 사용한 색소안료로 크게 구별된다. 유기안료는 유기합성 화학의 발달과 함께, 특히 제2차 세계대전 후에 출현하였다. 유기안료는 무기안료에 비해서 빛깔이 선명하고 착색력도 크며, 임의의 색조를 얻을 수 있으나 내광성 ·내열성이 떨어지고, 유기용제에 녹아 색이 번지는 것이 많다. 종류는 수백 종 있으나, 공업적으로 제조되는 것은 이 중에서 수십 종에 지나지 않는다. 유기안료를 그 원료인 염료와 화학구조에 따라 분류하면 용도 중에서 가장 큰 것은 인쇄잉크이고, 다음으로 도료 ·섬유수지날염(염료의 염색성을 이용하는 대신 염색성이 없는 합성수지의 작용으로 섬유에 고착시키는 방법) ·플라스틱 착색 등이 주요한 것들이다.

세라믹안료

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.

레이크안료 (Lake Pigment)

수용성 염료에 금속염 등의 침전제(沈澱劑)를 가하여 불용성으로 만든 안료를 말하는데, 무기 안료의 색조가 선명하지 못한 것을 보완하기 위해 만들어진 것이며 제조공정을 레이크화(化)라고 한다. 염색 레이크와 토너(toner)로 대별된다.

전자는 염료로서 많은 염기성 염료와 트리페닐계(系) 등의 산성 염료를 사용하고, 침전제로서 타닌이나 금속염을 가한다. 또한 흡착력이 강한 체질안료를 많이 가하여 염료를 침착시킨 다음 세정(洗淨) ·여과(濾過) ·건조 ·분쇄하여 만든 안료이다. 올아민 레이크나 아시드그린 레이크 등이 이에 속한다. 색조는 무기안료에 비하여 선명하나, 착색력 ·은폐력 ·내광성(耐光性) 등이 낮다.

후자인 토너는 체질안료를 사용하지 않고 침전제로 금속염을 사용하며, 염료를 금속염과 결합시켜 불용성 안료로 만든 것이다. 염료로서는 산성염료 ·매염(媒染)염료 ·아조(azo)염료 등 많은 것이 사용된다. 일반적으로 착색력과 견뢰도(堅牢度)가 염색 레이크보다 양호하여 염료 및 안료로서 널리 사용되고 있다. 레이크 레드 C, 에오신 레이크 등이 이에 속한다. 레이크의 주요 용도는 인쇄잉크 ·그림물감 ·고무 ·플라스틱 등의 착색제이다.