안료의 종류 및 특징
1. 안료의 정의
안료는 일반적으로 물이나 다른 용매에 불용성인 백색 또는 유색물질로 물리∙화학적으로 안정되어 있으며, 염료와는 별도로 구분하고 있다. 넓은 의미에서 유색물질뿐만 아니라 백색물질, 예를 들어 체질, 충전제적인 것까지 포함하는 미분체이다.
2. 안료의 발전과정
정확히 시대적으로 물성이 확인되는 것은 이집트 시대에 HgS, CuCO3, Cu(OH)3, 등의 광물성안료와 요업에서 청색과 염(Indigo) 등을 들 수 있고 로마시대에는 As2S2, Pb3O4, PbCO3, Pb(OH)2, CuCO3, Cu(OH)2, CaCO3 등을 사용한 사실이 확인되었다.
1704 년에 데이스파하가 Comine의 발명과 염화철에서 우연히 청색안료 발견이 Prussian Blue(감청)로 근대 안료의 발명인 것이다. 1778년에 녹색안료의 발명, 1791년에 아연화, 1799년에 Cobalt Blue, 1809년에 TiO2의 발명으로 안료가 공업화의 단계로 진입하였다.
1856 년 W.H.Perkin이 Mouve염료 발견과 1864년 Peter Gries가 디아조 (카푸링)화학반응이 발명되어 19세기 종반에서 금세기에 걸쳐 많은 안료가 발명되면서 유기안료 시대가 열리게 되었으며, 1903년에 Brilliant Carmine GB, 1905년에 Lake Red 4R, 1908년에 Fast Yellow, 1911년에 Diazo Yellow가 발견되어 본격적인 유기안료 공업화 시대가 시작되었다. 1928년에 대표적인 안료인 Phthalocyanine Blue가 우연히 발명되었고 제2차 세계 대전후 Quinacridone과 같은 건염염료로부터 유도되는 새로운 고급안료들이 속속 등장하게 되어 오늘에 이르렀다.
3. 안료의 분류와 용도
도료, 인쇄잉크, 플라스틱착색, 고무착색, 가구제조, 날염, 제지, 화장품제조, 요업 등에 사용된다. 유기안료는 염료와는 달라 용도별로 분류하지 않고 물성에 의한 분류를 하고 있어 간단하게 물성으로 분류한다.
3-1. 유기안료
3-1-1. 유기안료의 정의
물에 불용성(不溶性)인 염료 또는 수용성(水溶性)인 염료에 금속염 등을 가해서 침전시킨 것(레이크)이 있다. 내열성은 무기안료만 못하나 색의 종류가 많으며, 인쇄잉크·도료·플라스틱염색 등에 널리 사용된다. 유색안료는 철, 코발트, 크롬, 납 등의 천이원소가 외각전자의 상태에 따라 가시광선의 일부를 선택하여 흡수하는 것을 이용한 것이다. 가시파장은 화합상태에 따라 다르므로 그 색상도 다르다. 가시광선을 흡수하므로 착색력이나 은폐력은 일반적으로 백색안료보다 강하다.
3-1-2. 아조안료
(1) 불용성 아조안료
불용성 아조안료는 분자중에 카르복실기, 설폰기와 같은 수용성기를 갖지 않고 있으며, 아조계의 분산염료나 유용염료와 화학구조가 유사해 이러한 종류는 일반적으로 내수성, 내알카리성이 우수하다. 불용성 모노아조안료와 불용성 디아조안료로 구분한다.
(2) 아조레이크 안료
아조레이크(Azo Lake) 안료는 용해성 아조안료라고도 부르며, 현재 사용하고 있는 종류가 비교적 많다. 주요 색상으로는 Yellow, Red, Violet이며, 일반적으로 내용제성은 좋으나 내수성, 내알카리성은 약하다. 아조레이크안료의 레이크화에 사용되는 금속염은 염화바륨, 염화칼슘, 염화망간, 염화스트론튬, 염화알루미늄 등이 있으며 아조레이크안료의 커플링성분으로 β -Naphthol과 β-Oxynaphthionic산계 아조레이크 안료, 기타 아조레이크 안료로 구분된다.
(3) 축합 아조안료
축합 아조안료는 종래의 불용성 아조안료의 내용성, 내광성, 내열성의 약점을 개선하기 위해 클로로포름기나 디아민 축합반응을 이용해 분자량을 증대시켜 목적을 이룬 것으로 화학구조상으로 불용성 디아조안료와 유사하다. 축합 아조안료는 색상이 선명하며, 착색력이 좋아 플라스틱 착색이나 도료에 사용되며, 특히 내성이 요구되는 인쇄잉크에 많이 사용한다.
(4) 금속염 아조안료
니켈의 배위화합물로서 원색은 황록색으로 담색으로 선명한 황록색으로도 만든다. 특히, 내광성, 내열성이 뛰어나며, 투명하고 내용제성은 나쁘나 내광성이 좋아 유성도료에 사용된다.
3-1-2. Phthalocyanine계 안료
Phthalocyanine 계 안료는 일반적으로 내광성, 내열성, 내이행성, 내약품성, 내후성이 우수하고 또한 착색력도 뛰어나 대단히 우수한 안료다.
(1) Copper Phthalocyanine안료
주로 Copper Phthalocyanine을 주성분으로 한 청색안료로서 Phthalocyanine Blue라 하며, 현재 수종류의 결정형이 알려져 있는데, α 형, β형, ε형의 안료가 있다.
(2) 할로겐화 Copper Phthalocyanine안료
주로 Copper Phthalocyanine의 염소치환체를 주성분으로 한 녹색안료다. Copper Phthalocyanine의 할로겐화물은 할로겐의 종류와 할로겐화도에 따라 녹색으로 제조하여 사용하며, 저염소화 Copper Phthalocyanine, 중염소화 Copper Phthalocyanine, 고염소화 Copper Phthalocyanine, 고염브롬화 Copper Phthalocyanine으로 분류한다.
(3) 무금속 Phthalocyanine안료
무금속 Phthalocyanine(Blue 16)은 Copper Phthalocyanine에 비해 녹색이 선명한 청색안료로 내용제성, 내열성이 약하며, 도료에 사용한다.
(4) Copper Phthalocyanine 레이크안료
주로 Copper Phthalocyanine Sulfon산의 바륨이나 칼슘염을 주성분으로 청색안료로서 일반적으로 Fast Sky Blue로 부르고 있으며, 그 성분은 디설폰산바륨이나 트리설폰산바륨인데, 선명한 녹청색 안료이며, 내습성이 약하며 인쇄잉크, 문구에 사용된다.
3-1-3. 염료 레이크안료
염료 레이크안료는 염색 레이크안료로도 불리며, 산성염료나 염기성염료를 체질안료의 존재하에서나 체질안료의 존재없이 침전제를 사용해 침전시켜 레이크화하여 제조한다.
(1) 산성염료 레이크안료
산성염료 레이크안료는 Triallylmethan, Quinolone계 등의 산성염료로 제조한 안료로 염료분자중의 카르복실기나 설폰기를 알루미늄, 바륨, 칼슘, 납 (Pb) 등의 염으로 염료를 침전시켜 레이크화 시킨 것이다. 이 종류는 색이 선명하고 착색이 매우 우수하나 모든 내성이 약하다.
(2) 염기성염료 레이크안료
염기성염료의 분자에는 -NH2, -NHCH3, -N(CH3)2, -NH(2H)5, -N(C2H5)2 등의 기가 존재하며, 이러한 상태에서 산에 의해 염을 생성하여 침전 레이크화하여 제조한다. 이들 안료는 Tanning산 등으로 침전시킨 비내광성 또는 퇴색성안료에 비하면 다소 내광성이 개선된 안료다. 그러나 아직 내광성이 약한 것이 결점이나 대단히 선명하고 착색력이 우수해 인쇄 잉크, 문구용으로 사용한다.
3-1-4. 축합다환안료
축합다환안료에는 anthraquinone, Thioindigo, Perylene, Prinone, Quinacridone, Dioxazine, Isoindorinone, Isoindorine, Quinaphthalone 등의 종류가 있으며, 이들 대부분이 벤젠고리나 복소환이 축합한 형으로 결합한 구조로 되어 있다. 이 안료는 모든 내성이 뛰어나므로 고급유기안료 또는 Mordern Pigment라고도 부른다. 이 안료는 건염염료의 화학구조로 되어 있으며, 안료화학의 기술개발로 건염염료를 이용해 안료화한 것으로 일명 Vat안료라고도 부른다.
최근 자동차공업, 플라스틱 공업 등의 발전으로 축합다환안료의 수요가 매년 증가하고 있다. Anthraquinone안료는 Yellow, Orange, Red, Violet, Blue 등 여러 색상이 있으며, 모든 내성이 뛰어나 고급도료, 플라스틱 착색에 사용한다.
Thioindigo 안료는 Anthraquinone안료와 같이 Vat염료와 화학구조가 같은 안료로서 견뢰도가 우수하며, Red, Violet, Brown 등이 있으며, 대표적인 것이 Thioindigo Bordeaux와 Thioindigo Red 88이 있다. 이 안료는 내광성이 뛰어나 자동차도료나 플라스틱 착색에 사용한다.
주요 Perinone안료는 Perinone Orange 43으로서 담색으로서 내후성, 내블리드성이 뛰어나 자동차도료나 내성이 필요로하는 인쇄잉크, 플라스틱착색에 사용한다. Perylene안료는 Quinacridone안료와 유사하며, 뛰어난 견뢰도와 척색계의 고급안료다. 선명한 색상과 착색력이 좋으며, 내후성, 내열성, 내약품성이 좋아 자동차도료, 고급도료 및 플라스틱 착색에 사용한다.
Quinacridone 안료는 1958년 DuPont사가 개발한 척색소의 안료다. 모든 내성이 Phthalocyanine안료와 같으며, 이 안료의 결정형은 α, β, γ의 3종류 가 있으며, 도료, 플라스틱착색과 내성이 필요한 인쇄잉크 등에 널놀리 사용된다. Dioxazine안료는 Dioxazine Violet 23이 대표적인 것으로 청자색이다. 착색력, 내광성, 내열성이 뛰어나며, 내약품성도 좋은 편이다. 플라스틱 착색, 인쇄잉크, 날염에 사용한다.
Isoindirinone 안료는 시바스페셜티즈사가 개발한 안료로서 녹황색과 적색의 안료이다. Isoindirinone안료는 모든 내성이 우수해 특히 황색안료는 자동차 도료에 많이 사용한다.
Quinaphthalone 안료는 비교적 최근에 개발된 황색고급안료로 대표적인 것이 Quinaphthalone Yellow 138이 있으며, BASF가 개발한 것이다. 이 안료는 선명한 녹황색으로 착색력이 대단히 좋으며, 모든 내성이 뛰어나 고급 도료나 플라스틱 착색에 사용한다.
3-1-5. 기타 유기안료
(1) Nitroso안료
Nitroso 안료에는 Classic한 안료는 Pigment Green 8과 Naphthol Green 12가 있고 새로운 안료로서는 Nikel Nitroso Yellow 153이 있다.
Pigment Green 8은 철착염 안료로서 색은 어두운 황녹색이며, 알카리나 황산에 강하다. 내광성은 보통이며, 수성도료, 그라비아인쇄잉크 및 고무착색용으로 사용한다.
Naphthol Green 12는 철착염 레이크안료로서 어두운 녹색이다. 내수성, 내산성, 내알카리성이 좋지않아 현재에는 별로 사용하지 않고 있다. Nikel Nitroso Yellow 153은 황색 니켈착염안료로서 내후성과 투명성이 뛰어나다. 내열성, 내용제성은 보통이여서 도료에 사용한다.
(2) Alizarine 레이크안료
Alizarine 레이크는 Quinizarine-2-Sulfonic Acid의 레이크다. 착염안료는 Alizarine의 알카리수용액에 수산화알루미늄 존재하에서 염화칼슘을 첨가해 레이크화하여 제조하는 Alizarine Red 83과 Quinizarine-2-Sulfonic Acid의 알루미늄 레이크로 제조하는 Alizarin Violet 51이 있다. 주로 도료나 화구에 사용한다.
(3) 금속착염 Azo Methine안료
이 안료는 내성이 뛰어나며, BASF사의 제품이 Pigment Yellow 117과 시바스페셜티즈사의 Pigment Yellow 129가 대표적인 것인데, 내광성, 내용성, 투명성이 우수한 것이 특징이며, 금속도료나 일반 도료용에 사용한다.
(4) Aniline Black안료
Aniline Black안료는 Aniline을 산화하여 제조하며 카본블랙과 비교할 수 있는 우수한 흑색안료다. 도료, 플라스틱 착색, 카본지에 사용한다.
(5) Alkali Blue안료
Alkali Blue안료는 녹청색이나 자색에 가까운 청색으로서 이들의 화학구조는 복잡한데 Trillylmethane계 화합물의 혼합물로 되어 있다. 이 안료는 착색력이 좋으나 내광성이 약한 것이 결점이다. 인쇄잉크에 널리 사용한다.
(6) 화광형광안료
이 안료는 안료색소형 화광형광안료와 합성수지형 화광형광안료로 구분된다. 안료 색소형 화광형광안료는 내과성과 착색력이 합성수지 화광형광안료 보다 좋으나 가격이 고가인 관계로 거의 사용하지 않고 있다. 합성수지형 화광형광안료는 형광성을 가지고 있는 염료를 합성수지에 용해시켜 고체화 한 후 미립화하여 제조하는데, 형광성 도료에는 산성염료, 염기성염료, 유용염료를 사용한다.
합성수지로는 멜라민수지, 아크릴수지, 폴리아미드수지, 폴리에스터수지, 우레탄수지 등을 사용하며, 광채나는 색채로서 장식, 광고, 안전표식판등에 도색용으로 주로 사용하며, 인쇄잉크, 도료, 플라스틱 착색에도 사용한다.
3-2. 무기안료
3-2-1. 무기안료의 정의와 용도
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 비해 일반적으로 불투명하고 농도도 불충분하지만, 내광성·내열성이 양호하고 유기용제에 녹지 않는다. 또 가격이 저렴하고 사용량도 많다. 도료·인쇄잉크 ·회화용 크레용 ·고무 ·통신기계 ·건축재료 ·요업제품·합성수지 등 그 용도가 넓다.
3-2-2. 무기안료의 종류
(1) 산 화 물 : 이산화티탄(Titanium White, TiO2), Iron Oxide, 산화크롬, 철흑, Cobalt Blue
(2) 수산화물 : Aluminium White, 산화철 황
(3) 황 화 물 : 황화아연, Lithopone(BaSO4 + ZnS), Cadmium Yellow, 주(HgS), Cadmium Red
(4) 크롬산염 : Chrome Yellow, Molybdate Orange, Zinc Chromate, Strontium Chromate
(5) 규 산 염 : White Carbon, Clay, Talc, Ultramarine blue
(6) 황 산 염 : 침강성 황산바륨, 베어라이트분
(7) 탄 산 염 : 탄산칼슘, Lead White
(8) 기 타 : 페로시안화물(Iron Blue), 인산염(망간바이올렛), 탄소(카본블랙)