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안료
안료(顔料, pigment)는 색채가 있고 물이나 그 밖의 용제에 녹지 않는 미세한 분말. 첨가제와 함께 물이나 기름으로 이겨 도료나 화장품 따위를 만들거나 플라스틱 따위에 넣는 착색제로도 쓴다.[1]
개요
물질에 색을 발현시키는 색소. 염료는 물에 녹는 색소로서 섬유나 종이에 스며들게 해서 고착(固着) 시키는 데 반해 안료는 물이나 기름 등에 녹지 않는 미세한 분말의 고체로서 도료(塗料) · 그림물감 · 인쇄 잉크 · 플라스틱 · 고무 등에 섞어서 쓴다.
무기안료(無機顔料)와 유기(有機)안료로 분류하며 무기안료는 열이나 햇볕에 안정적이고 색이 변하지 않는 특징이 있으며, 유기안료는 염료를 물에 녹지 않는 형태로 만든 것으로 색도 선명하고 종류가 많다. 그리고 황산바륨이나 탄산칼슘같이 증량(增量)을 위해 종이나 치약에 넣는 것도 일종의 안료이다.[2]
안료는 백색 또는 유색(有色)이며, 아마인유·니스·합성수지액·아라비아고무 등 전색제(展色劑)에 섞어서 도료·인쇄잉크·그림물감 등을 만들어 물체 표면에 착색하거나, 고무·합성수지 등에 직접 섞어서 착색한다. 이 밖에 도자기의 유약(釉藥)·화장품, 또 최근에 합성섬유 원료의 착색에도 사용되어 용도가 다양하다. 종류에 따라 색조·선명도·은폐력·착색력·견뢰도(堅牢度:빛·물·알칼리·산·용매·약품·세탁·열·마찰 등에 대한 강도의 정도) 등이 다르며, 각각 알맞은 용도에 쓰인다.[3][4][5]
안료의 일반적인 성상
안료는 물, 용제 등에 녹지 않는 색이 있는 분말이다. 물에 녹으며 색이 있는 분말은 염료(Dyestuff)이다. 안료는 전색제에 섞어서 도료, 인쇄잉크를 만들고 이것을 표면에 칠하여 물체를 착색시킨다. 또 플라스틱, 고무, 셀룰로이드 등을 착색시키기 위해서 안료를 사용한다. 안료의 일반적인 성상은 다음과 같다.
색
빛은 전자기파(電磁氣波:lectromagnetic Wave)의 일종이지만 우리들의 육안으로 느낄 수 있는 것을 가시광선(可視光線)이라 하며, 이는 400∼700nm 파장 범위의 것이다. 태양 광선의 백색광을 프리즘을 통하면 굴절되어 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 보랏빛의 순서의 스펙트럼이 얻어진다. 위 각 스펙트럼의 파장은 다음과 같다.
즉, 백색 광선은 상기된 파장 범위를 갖는 색광의 혼합 광이다. 물체에 태양 광선이 닿으면 물체의 표면에서 반사되는 부분(正反射)과 물체 속에 흡수되는 부분, 물체에 투과되어 다시 밖으로 나오는 부분의 셋으로 나누어진다.
여기서 백색광이 빨간 안료에 닿았을 경우에 그림에서 나타낸 바와 같이 그 일부는 표면에서 반사되고 나머지는 굴절되어 입자 속에 들어가게 된다. 표면에서 반사되는 빛은 최초의 백색광과 거의 같으며 반사되는 비율은 안료의 굴절률과 전색제 굴절률의 차가 클수록 크다. 다음에 굴절된 빛은 입자 내를 투과해 나가 그 사이에 적색 이외의 빛은 점차 흡수되어 일부는 입자 내에서 반사되고 나머지는 입자 밖으로 굴절되어 나간다. 이 빛은 비교적 적색기가 많은 광선이 된다.
이 투과 광선이 다음 입자에 닿아 동일한 반사, 투과, 굴절을 반복하여 투과된 빛은 순도 높은 적색이 되어 눈에 들어온다. 이와 같이 안료는 백색광을 반사, 투과, 굴절을 통하여 어떤 파장 범위의 빛을 흡수하므로 투과 빛으로서 그 보색(補色)과 백색광이 혼합되어 눈으로 느끼게 된다. 백색 안료는 빛의 흡수가 매우 작고 거의 반사 굴절만을 반복하므로 백색광 그대로를 우리의 눈으로 느끼게 한다. 이와 같은 안료에 대한 빛의 선택적인 흡수, 투과는 본질적으로 그 화학구조에 기인하며 분자를 구성하고 있는 원자의 상태에 따라 정해진다고 한다.
안료의 색은 공기 중의 분말 상태에서의 색과 전색제에 혼합했을 때의 색이 약간 틀리게 보인다. 이것은 전색제 자체의 굴절률이 있기 때문이다.
한정된 수의 안료의 종류로서 여러 가지의 다양한 색상을 얻기 위해서는 두 종류 또는 그 이상을 혼합하여 사용하는 경우가 많이 있다. 백색과 흑색의 안료를 혼합하면 여러 종류의 회색(灰色)이 얻어지고, 유채색의 안료와 백색 또는 흑색 안료를 혼합하면 밝거나 어두운 담채색(淡彩色)이 얻어진다. 또 색상이 다른 안료를 혼합하면 다양한 색상의 색이 얻어진다.
그러나 안료의 혼합 시 색의 관계는 색광의 혼합 경우와는 달리 아주 복잡하다. 따라서 현재로는 오로지 경험에 의해 조색을 하며 또 같은 안료라도 품질에 따라서 착색력이 다르므로 조색은 시험 후 안료 배합비를 바꾸어 조색하는 방법을 채택해야 한다. 최근 CCM(Computer Color Matching) 기법이 도입되어 각 안료의 데이터와 색상의 데이터를 입력시켜 조색하기가 쉽게 되었으나 최종 조색은 경험에 의해 이루어지고 있다.
착색력(着色力:Tinting strength)
착색력은 색의 효과라고 말할 수 있는데 백색의 경우에는 Carbon Black이나 군청(群靑) 등과 섞어 유에 이겨 혼합물을 희게 하는 능력을 말하고 흑색 안료나 유색 안료의 경우에는 희게 되지 않게 하는 능력을 말한다. 즉 착색력이 큰 안료일수록 다른 안료와 혼합하여 어떤 색을 만드는데 소량으로 충분하다. 또 같은 안료라도 입자가 미세할수록 착색력이 크다.
은폐력(隱蔽力)
안료를 도료에 사용할 때에 불투명도, 즉 하지를 덮어 보이지 않게 하는 능력을 은폐력이라 한다. 안료의 불투명도는 안료의 광 반사와 흡수의 크기에 따라 결정된다. 안료의 굴절률이 클수록 입자 표면에서 반사되는 광이 많아지게 되어 은폐력은 크게 된다. 백색안료는 광을 거의 흡수하지 않으므로 은폐력은 주로 광의 반사율로서 결정된다. 광의 반사율은 굴절률의 대소에 따라 결정되므로 안료의 굴절률과 전색제의 굴절률의 차이가 클수록 은폐력은 커진다. 백색안료의 은폐력은 아래의 수식에 비례한다.
예를 들면 백색안료와 체질안료는 둘 다 공기 중에서는 백색의 분말이지만, 전색제 중에서는 백색안료는 희고 불투명하지만 체질안료는 투명에 가깝다. 체질안료의 굴절률은 1.5∼1.7 정도로 공기의 굴절률(약 1.0)과는 차이가 커서 희게 보이지만 유의 굴절률(약 1.5)과는 차이가 적으므로 체질안료는 유속에서는 무색투명하게 보인다. 일반적으로 백색안료의 굴절률은 2 이상이다.
착색안료의 은폐력은 굴절률의 대소만이 아니고 다시 안료에 의한 광의 흡수에 따라 좌우된다. 예를 들면 굴절률이 1.56인 군청의 은폐력은 1030인데 반해 굴절률이 2.0인 스트론튬 황의 은폐력이 44인 것은 광의 흡수 때문이다. 같은 안료라도 입자가 미세할수록 은폐력은 크다. 단, 입자의 크기가 광의 파장 정도로 작게 되면 반대로 은폐력이 떨어진다. 예를 들면 아연화(亞鉛華)에서는 0.2㎛, 황산바륨에서는 0.1㎛ 정도의 크기까지는 은폐력이 최대이나 이보다 더욱 미세하게 되면 투명도가 증가하지만 실제로는 드물다.
내광성(耐光性:Light fastness)
안료가 일광에 노출되면 변색(變色) 하던지, 탈색(脫色) 하는 경우가 있는데 이것은 태양 광선 중에 주로 자외선에 의한 작용이라고 생각된다. 일반적으로 무기안료는 변색이 잘 일어나지 않지만 광에 오랫동안 폭로되면 검게 된다. 유기안료는 광에 의해 퇴색되는 것이 많다.
비중(比重:Specific Gravity)과 겉보기 비중(Apparent Density)
안료의 비중에는 진비중(眞比重)과 겉보기 비중이 있다 진비중은 단위용적당의 안료의 중량이며 카본블랙(비중 1.64)와 같이 가벼운 것에서부터 연단(鉛丹, 비중 약 9.0)과 같이 무거운 것까지 다양하다. 겉보기 비중이란 안료 입자 사이에 공간을 포함한 단위용적당 안료의 중량으로 Bulk value의 역수이다. 안료의 입자가 미세할수록 부피가 많게 되어 겉보기 비중은 작게 된다.
또 안료의 형상도 겉보기 비중에 영향을 미치는데 겉보기 비중은 안료 입자의 크기와 형상을 아는 기준이 된다.
입자의 크기와 형상
안료 입자의 크기는 은폐력, 착색력, 흡유량, 도료 중 안료의 침강율, 색 분리, 도막의 광택 등에 영향을 미친다. 안료의 분말은 아주 미세하여 거의 0.1∼30㎛ 정도이다. 따라서 1g의 안료는 수십억에서 수백억 개의 입자로 이루어져 있으며, 또 1g의 안료 표면적의 합은 수 평방미터에 달하는 것도 있다. 이와 같이 안료 입자의 수가 많고 표면적이 커서 안료가 도료의 물성에 미치는 영향이 상당히 크다.
안료 입자의 크기는 안료의 종류에 따라 매우 달라서 카본블랙이나 감청(紺靑) 같은 것은 특히 미세하여 0.1㎛ 부근이며, 황연(黃鉛)이나 광명단은 비교적 커 10㎛ 이상이다. 그러나 같은 종류의 안료라도 제조 방법에 따라 크기에 차이가 있다.
또 동일한 안료라도 동일한 크기의 입자만으로 구성되어 있는 것이 아니고 다양한 크기의 입자가 혼합되어 있는 게 보통이며, 또한 도료의 사용에서도 좋은 결과가 나온다. 그러나 지나치게 큰 입자가 혼합되어 있을 때는 도막이 거칠어져 광택이 감소한다. 이와 같이 지나치게 큰 입자를 조립자(粗粒子)라고 한다.
보통의 안료에는 325mash(약 44㎛Φ)의 표준체로 걸렀을 때 이 체를 통과하지 못하는 것의 비율을 조립분(粗粒分)이라고 한다. 아연, Baryte 분, 황토 등과 같이 천연 암석을 분쇄하여 제조한 안료 또는 산화철, 연단과 같이 소성에 의해 제조한 안료는 그 분쇄도에 따라 일정한 크기를 유지하고 있다. 그런데, 황연, 군청, 침강성 탄산칼슘과 같이 침전법에 의해서 제조된 안료 또는 카본블랙, 아연화 등과 같이 기상 상태에서 제조된 안료는 아주 미세하다.
안료 입자의 형상도 가지가지여서 일반적으로 복잡한 모양을 하고 있다. 아연화, 티탄, 백아, Baryte 분, 황연, 연단 등은 결정질의 분말이고, 연백, 리토본 등은 수정질의 분말이며, 카본블랙, 감청, 군청, 호분 등은 비정질의 분말이다. 특수한 것으로는 침상 아연화와 같이 침상결정인 것, 또 알루미늄 파우더, 동분 또는 운모 분과 같이 비늘상(편평상, 偏平狀)의 것이 있다. 이와 같은 모양의 차이도 도막의 물성에 영향을 미친다.
활성(活性) 및 표면성질(表面性質)
안료를 화학적인 성질로 분류하면 산화티탄, Baryte 분, 백아(白鵝), 산화철과 같이 중성으로 다른 물질과 반응하기 어려운 것과 아연(亞鉛), 연백(鉛白), 황연 R, 아연말(亞鉛末), 아산화연(亞酸化鉛)과 같이 염기성(알칼리성)으로 쉽게 산성 물질과 반응하는 것도 있다. 도료의 비히클에는 건성유나 알키드수지와 같이 유기산(有機酸)을 포함하고 있는 것이 있어 염기성 안료는 이와 같은 산성 비히클과 반응을 한다.
이런 의미에서 염기성 안료를 활성 안료(活性顔料)라고 한다. 활성 안료를 산성인 바니시나 건성유와 함께 도료를 만들면 저장 중에 점성이 높아지고 특히 산가가 높은 비히클을 사용한 경우에는 이런 경향이 심하여 결국 도료가 굳어져서 못쓰게 되는 경우도 있다. 그러나 한편으로는 활성 안료를 사용하면 딱딱한 도막을 만들어 도막의 분해가 저지되어 내구성이 좋게 되는 경우도 있다.
이와 같은 화학적 성질 외에 안료의 종류에 따라서 표면의 물리적인 성질이 서로 다른 것도 있다. 안료 중에는 카본블랙, 감청 또는 어떤 유기안료는 흡착성(吸着性)이 있어 도료 중의 건조제를 흡착하여 건조성이 나빠진다든지 특정 비히클에서는 Gel 화를 일으키는 것도 있다.
분산성(分散性) 및 습윤성(濕潤性)
안료가 도료 중에 어떤 분산 상태에 있는가는 도료의 성질에 큰 영향을 미친다. 또 안료가 비히클에 분산이 잘 되는가 안 되는가는 도료의 제조의 용이함을 결정하는 중요한 인자가 된다. 안료가 비히클 중에 분산이 잘되고 안 되고는 주로 안료 입자의 습윤성에 의해 결정된다. 비히클에 습윤되기 쉬울수록 분산이 쉽다. 습윤성에 대하여 개괄적으로 얘기하면 카본블랙같이 비극성인 안료는 비극성인 액체에 습윤되기 쉽고 산화티탄, 아연화(亞鉛華), 황연(黃鉛)과 같이 극성(極性)인 안료(일반적으로 안료는 대부분 극성이다)는 극성이 강한 액체에 습윤 되기 쉽다. 또 안료의 습윤성에 따라 도료 중의 분산 상태가 다르므로 도료의 물성에 영향을 미친다.
습윤성이 좋을수록 도료 중에서 안료의 응집(應集)이 적게 일어나고 따라서 도료 중에서 안료의 침강(沈降)은 일어나기 쉽지만 침강 물을 다시 저어주면 쉽게 균일하게 분산된다. 또 여러 종류의 안료를 섞었을 때 안료의 분리가 적게 일어난다. 습윤성이 클수록 도료의 유동성은 민감하며 가역성은 증가하고 흡유량은 감소한다. 안료의 분산이 나쁠 때는 도막의 평활성이 나빠 광택이 떨어질 뿐 아니라 내후성도 나빠진다.
흡유량(吸油量:Oil absorption)
안료에 정제 아마유를 가하여 섞으면 페이스트 상으로 된다. 일정한 유동도를 가진 페이스트를 만드는 데 소요되는 아마인유의 양(cc/100g의 안료)을 그 안료의 흡유량이라고 한다. 흡유량은 유가 안료의 표면을 둘러싸고 다시 안료 입자 간 공간을 채우는데 필요한 유의 양이다.
안료의 입자가 미세할수록 흡유량은 크게 된다. 이것은 안료의 비표면적(比表面積, 단위 중량당 표면적)이 크게 되기 때문이다. 안료의 겉보기 비중이 작을수록 흡유량은 크게 된다. 안료 입자의 표면을 금속 석검으로 처리하면 흡유량이 작게 된다.
용해성(溶解性)
안료는 아연황과 같이 약간 물에 녹는 것이 있지만, 일반적으로 물에 녹지 않는다. 또 물에 녹지 않는 것이 안료의 필요조건이지만 실제의 안료는 소량의 불순물을 포함하고 있으므로 이와 같은 불순물이 물에 녹는 경우가 많다.
이와 같이 가용성의 불순물을 다량 함유하고 있는 것은 안료로서 불량품이므로 물에 녹는 불순물 함유의 허용량은 보통 0.5∼1.5% 이하로 정해져 있다. 용제나 유에 녹는 것은 바람직하지 않아 될 수 있으면 사용을 피해야 한다.
도료용 안료
안료의 역할
- 도막에 색채와 은폐력(불투명도)을 부여
- 내구력, 기계적 강도를 보강
- 도료에 작업성(유동성)을 부여
- 도료의 광택 조정
안료가 갖추어야 할 성능
- 은폐력, 착색력이 좋을 것
- 분산성이 좋을 것
- 독성이 없을 것
- 내광성, 내수성, 내용제성, 내약품성이 좋을 것
- 도료의 특수 사용목적에 따라 즉 내열성, 형광, 발광, 방청성 등 특수 물성이 요구됨.
안료의 분류
안료의 분류는 색상, 형태, 용도, 화학구조, 안정성 등에 따라 분류할 수 있으며 크게 무기안료와 유기안료로 구분한다.
무기안료
무기안료는 아연, 티탄, 연, 철, 동, 크롬 등의 화합물(산화물, 수산화물, 황산염, 크롬산염, 인산염 등)이다. 성질을 보면 무기안료는 일반적으로 내광성, 내열성이 크고 유기 용제에 녹지 않지만 착색력이 떨어지고 색의 선명성이 유기안료에 비하여 나쁘다. 또 무기안료 중 체질안료(Body Filler, Extender)라는 것이 있다. 이것은 공기 중에서는 백색 분말이지만 도료 중에서는 무색투명에 가깝고 착색력이 없어서 도료의 착색에는 관계하지 않고 다른 안료와 섞어서 증량제로 사용한다.
- 무기안료 : 착색안료, 체질안료, 방청 및 특수안료
유기안료
유기안료는 염료를 물에 녹지 않는 금속 화합물의 형태로 만든 것(Lake 안료)과 물에 녹지 않는 염료 그대로의 것(색소 안료 : Pigment dyestuff)이 대부분이다. 유기안료는 염료에서 만들어지므로 여러 종류의 색채와 아름답고 선명한 색상을 가지고 있으며 착색력도 크지만 일반적으로 내광성, 내열성이 나쁘며 내용제성이 좋지 않은 것이 많다. 그러나 최근에 개발된 색소 안료 중에는 내광성, 내용제성이 좋은 것들이 많이 있고 가격도 비싸나 착색력도 크고 색상이 아름다워 많이 사용되고 있다.
- 유기안료 : 착색안료
용도별 분류
- 착색안료 : 색상을 나타내는 안료로서 은폐력, 착색력이 우수할 것(TiO2 등)
- 은폐력, 착색력은 없으나 도막의 살 오름성 및 기계적 성질의 증대, 광택 및 가격 조정 등에 사용(Talc, CaCO3 등)
- 방청안료 : 도막의 방청성을 부여(광명단, 아연, 산화철, ZPC 등)
- 금속안료 : 알루미늄 분말 등
- 특수안료 : 형광안료 등[6][7]
동영상
각주
참고 자료
- 〈안료〉, 《네이버 국어사전》
- 〈안료〉, 《사이언스올》
- 〈안료〉, 《네이버 지식백과》
- 〈안료〉, 《나무위키》
- 〈안료〉, 《위키백과》
- ssonsssonsssons, 〈안료 - 일반성상〉, 《네이버 블로그》, 2016-07-20
- 아이오티켐, 〈안료의 분류 및 무기안료〉, 《티스토리》, 2019-07-01
같이 보기
