화공실험

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)를 소개하기 400년 전 A.D.11세기에 손으로 절단할 수 있는 목판 인쇄를 이용하고 있었다. 인쇄용 잉크는 전색제(vehicle) - 기질(substrate;용지 등)에 인쇄, 건조될 수 있는 액체 또는 반죽(paste) - 에 용해 혹은 분산된 색소(coloring matter)의 혼합물이다. 여기에 이용되는 착색제(colorant)는 안료(pigment), toner, 그리고 염료(dye) 혹은 이들의 조합물이다. 전색제는 인쇄 조작 중에 착색제의 매개체(carrier)로 작용하면서, 대부분의 경우에 이는 기질에 착색제를 결합시키는 역할을 한다.
잉크의 4가지 성질 - 건조(drying), 인쇄능력(printability; 잉크의 유동성 정도), 색깔, 그리고 효용성 - 은 기본적인 중요성에 상당한다.
a) 건조 : 건조는 유동성 잉크막을 다소 견고한 형태로 변형시키는 과정 과 관련이 있다. 이는 물리적 혹은 화학적 기교 - 흡수, 증발, 침전, 산화, 중합, 냉각경화(cold setting), 겔화(gelation), 그리고 복사선 경화(radiation curing) - 에 의해 진행된다.
b) 인쇄능력 : 잉크의 유동성은 상당히 중요하며, 이는 일반적으로 비뉴 턴 액체(non-Newtonion liquid)이므로 잉크 제조자들은 점도, 항복점 (yield value; 액체가 압력하에서 유출되기 시작하는 점), thixotropy(교 반이 증가할수록 점도가 감소하는 현상), 그리고 dilatancy(thixotropy의 반대 개념) 등에 상당한 관심을 가진다.
c) 색깔 : 색체는 잉크의 최종 소비자에게 심리학적 영향을 줄 수 있기 때문에 대단히 중요하다. 잉크에 주로 이용되는 광택이 없는 백색 안 료는 titanium dioxide, zinc sulfide, zinc oxide등이다.
d) 효용성 : 인쇄되는 기질이 처리과정에서 작용하는 방법과 인쇄물의 가 능한 수명 동안 사용법 등을 고려하는 것은 주요한 사항이다.
전형적인 염료 잉크(dye ink)는 methyl violet(15wt%), phenolic resin(30wt%), ethyl alcohol(55wt%), normal diluent(glycol ester), fast drying diluent(ethyl acetate)등으로 제조한다. 그리고, 볼펜 잉트 (ballpoint ink)는 중간 정도의 점도를 가진 반뉴턴 액체 (semi-Newtonian fluid)이다. 이 잉크가 방해받지 않고 용지에 공급이 지속되도록 하기 위해서는 입자들이 자유스러워야 하고 건조속도가 느 려야 한다. 이 때 용지의 건조는 빠른 침투와 증발에 의해 이루어진 다. 이런 성질은 진한 염료용액(dye solution)과 oleic acid 및 아주까 리 기름(castor oil) 혹은 sulfonamide plasticizer를 포함하는 매개물 에 안료분산(pigment dispersion)에 의해 얻어진다.
본 교재에서는 가장 단순하게 처리할 수 있는 청색 잉크 및 잉크 지 우는 약의 제조에 대해 서술할 것이다. 보통의 청색 잉크는 tannine 용액에 FeSO4를 넣은 다음에 청색의 염료를 제조하여 첨가하면 얻을 수 있다. 청색잉크로 종이에 글을 써서 공기 중에 두면, 2가의 철 호 합물은 3가의 철 화합물로 되어 물에 녹지 않는 청흑색의 물질로 변 한다. 잉크 지우는 약은 oxalic acid로 철분을 환원시키고, NaOCl(sodium hypochlorite)용액으로 염료를 산화시켜 잉크의 색을 지운다.
2. 제조 과정
1) 잉크제조
50mL 증류수에 tannine 1.5g, FeSO4.7H2O 3g, 진한 H2SO4 2방울, C6H5OH 0.1g, 그리고 gum arabic 1g을 차례로 첨가하면서 용해시킨 후에 aniline blue 0.2g을 넣으면 청색 잉크가 된다.
H2SO4(2방울)은 침전 방지, gum arabic은 적당한 점성, 그리고 C6H5OH은 방부의 목적으로 첨가한다. aniline blue 대신에 eosin을 가하면 적색의 잉크, methyl violet를 넣으면 자주의 잉크가 된다.
2) 잉크 지우는 약 제조
A ; Oxalic acid 0.3g을 30mL H2O로 용해시킨 다음에 methyl orange 1 방울을 가하여 붉게 착색시킨다.
B ; (1) 표백분을 3g에 증류수 20mL를 넣고 잘 혼합한 후에 여과한다. 이때 여과지 위에 있는 불용을 잔사는 버려도 좋다.
(2) Na2CO3 2g을 10mL H2O에 녹인다.
(3) (2)액을 (1)의 여액에 넣으면 흰 침전이 생긴다. 이것을 여과하 여 얻은 여액이 NaOCl용액(B)이다.
유리막대로 A액을 묻혀 잉크로 쓴 글자 위에 칠하고 흡취지로 수분을 제거한 다음에 유리막대에 B액을 적셔서 가볍게 문지르면 깨끗이 지 워진다.
3. 보충 연구
(1) 가정 및 세탁소에서 이용하는 "liquid bleach"에 대해 논하라.
(2) OCl-이온의 불균등화 반응(disproportionation)에 관하여 약술하라.
(3) aniline blue, eosin, 그리고 methyl violet에 대하여 기술하라.
(4) Oxalic acid에 관해 상술하라.
(5) 표백분(bleaching powder)제조 과정을 설명하고, 이의 용도에 대해 언급하라.
(6) Na2CO3성질 및 용도에 대하여 설명하라.
4. 참고 문헌
(1) Encyclopedia of Chemical Technology 3rd., John Wiely & Sonc, Inc., 1979, Vol. 6, p.597; Vol. 13, p.374.
(2) D.E. Bissett, the Printing Ink Material, 3rd., Northwood Pub., Ltd., London, Eng.,1979.
(3) W. G. Huckle, G. F. Swigert, and S. E. Wiberley, I & EC Prod. Rev. Dev., 5, 362(1996).
(4) R.p.Linstead, J. Chem. Soc., 1016, 1022, 1031(1934).

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