KR102367507B1 - Water-based ceramic ink containing binder for enhanced spatial resolution - Google Patents

Abstract

세라믹 잉크 조성물은 물 89-93 중량%, 세라믹 나노파우더 4-6 중량%, 폴리머 첨가제 1-6 중량%의 조성에 세라믹 나노파우더 대비 30 중량% 이하의 폴리머 바인더를 추가로 함유한다.The ceramic ink composition further contains 30 wt% or less of a polymer binder compared to the ceramic nanopowder in a composition of 89-93 wt% water, 4-6 wt% ceramic nanopowder, and 1-6 wt% polymer additive.

Description

공간해상도 향상을 위해 바인더를 함유하는 수계 세라믹 잉크{Water-based ceramic ink containing binder for enhanced spatial resolution}Water-based ceramic ink containing binder for enhanced spatial resolution

본 발명은 바인더 첨가를 통해 수계 세라믹 잉크의 프린팅 시 공간해상도 향상에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잉크의 습윤성 향상을 위해 첨가된 계면활성제에 의해 감소된 표면장력 특성을 보완하여 노즐로부터 분사된 잉크 방울의 satellite 현상과 고체 표면의 충돌 시 발생하는 splash 현상의 최소화 및 잉크 방울의 안정적인 분사가 가능한 바인더를 함유한 수계 세라믹 잉크 제작에 관한 것이다.The present invention relates to the improvement of spatial resolution during printing of water-based ceramic ink through the addition of a binder, and more particularly, the ink droplets ejected from the nozzle by supplementing the surface tension property reduced by the surfactant added to improve the wettability of the ink. It is related to the minimization of the splash phenomenon that occurs when the satellite phenomenon and the collision of solid surfaces and the production of water-based ceramic ink containing a binder that enables stable jetting of ink droplets.

잉크젯 프린팅 기술은 미세 잉크방울을 토출시켜 원하는 형상에 대한 자유로운 패터닝이 가능한 공정 기술로, 컴퓨터 내 캐드 또는 마이크로소프트 오피스 프로그램에서 제작한 이미지 및 텍스트를 비 접촉식 방식으로 구현하는 데 적합하다. 또한 잉크젯 프린팅 공정은 간단하고, 원재료의 낭비가 적으며, 기판에 손상을 가하지 않는다.Inkjet printing technology is a process technology that enables free patterning of a desired shape by discharging fine ink droplets, and is suitable for non-contact realization of images and texts created in CAD or Microsoft Office programs in a computer. In addition, the inkjet printing process is simple, waste of raw materials is small, and does not damage the substrate.

안료로 세라믹을 사용하는 세라믹 프린팅 기술은 대상 소재 (유리, 타일 등) 에 동일한 세라믹 재료를 인쇄하여 소성 후 인쇄 이미지를 소재와 일체화 시키는 기술로 쓰이고 있으며, 수명이 반영구적인 제품을 만들 수 있다. 또한 최근 세라믹 프린팅 기술은 연료전지 또는 열전소자 등의 다양한 에너지 소자 및 전자 디바이스의 구성 요소를 제작하기 위한 기술로 각광받고 있다.Ceramic printing technology using ceramic as a pigment is used as a technology to print the same ceramic material on the target material (glass, tile, etc.) and integrate the printed image with the material after firing. In addition, ceramic printing technology has recently been spotlighted as a technology for manufacturing various energy devices such as fuel cells or thermoelectric devices and components of electronic devices.

최근 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 세라믹 재질의 미세 구조 디바이스 개발에 대한 관심이 높아지고 있어 결함이 없이 고해상도 조건을 만족하는 미세 패터닝된 세라믹 형상 제작을 위해 노즐로부터 분사 시의 잉크 방울 형성 및 기판에의 정확한 면적 정의가 가능한 세라믹 잉크 개발이 요구된다.Recently, interest in the development of microstructure devices made of ceramic materials using inkjet printing technology is increasing, and for the production of micropatterned ceramic shapes that satisfy high-resolution conditions without defects, the formation of ink droplets from the nozzle and precise area definition on the substrate The development of possible ceramic ink is required.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 노즐로부터 분사된 잉크 방울의 satellite 현상과 기판과의 충돌 시 발생하는 splash 현상 없이 균일하고 결함이 없는 미세 패턴 세라믹 구조 제작을 위해 바인더를 첨가하여 공간해상도 향상이 가능한 수계 세라믹 잉크를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to solve the above problems by adding a binder to produce a uniform and defect-free fine pattern ceramic structure without the satellite phenomenon of the ink droplet ejected from the nozzle and the splash phenomenon that occurs when the substrate collides with the substrate. An object of the present invention is to provide a water-based ceramic ink that can be improved.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 잉크 조성물은 물 89-93 중량%, 세라믹 나노파우더 4-6 중량%, 폴리머 첨가제 1-6 중량%의 조성에 세라믹 나노파우더 대비 30 중량% 이하의 폴리머 바인더를 추가로 함유한다.To achieve the above object, the ceramic ink composition according to an embodiment of the present invention has a composition of 89-93 wt% of water, 4-6 wt% of ceramic nanopowder, and 1-6 wt% of a polymer additive 30 wt% compared to ceramic nanopowder % or less of a polymer binder.

본 발명에 의하면, 폴리머 첨가제 중 바인더의 함량 조절을 통해 수계 세라믹 잉크의 분산안정성과 습윤성을 유지시키는 동시에 splash 현상으로 인한 얼룩 형성없이 우수한 공간해상도를 갖는 세라믹 구조 제작이 가능한 수계 세라믹 잉크를 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 바인더를 포함하는 세라믹 잉크의 제조방법은 공정이 간단하고 잉크젯 프린팅 시 다양한 기재에 대해 밀착성이 높은 인쇄 피막 형성이 가능한 효과를 지닐 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a water-based ceramic ink capable of producing a ceramic structure having excellent spatial resolution without staining due to splash phenomenon while maintaining dispersion stability and wettability of the water-based ceramic ink by controlling the content of the binder in the polymer additive. . In addition, the method of manufacturing a ceramic ink including a binder according to the present invention has a simple process and can have the effect of forming a printing film with high adhesion to various substrates during inkjet printing.

도 1은 본 발명의 수계 세라믹 잉크를 구성하는 세라믹 파우더를 나타낸 도면이다.
도 2는 바인더를 함유하는 수계 세라믹 잉크 제작 흐름도이다.
도 3은 세라믹 파우더 대비 계면활성제 함량 조절에 따른 잉크 내 분산 평균 입도 측정한 도면이다.1 is a view showing a ceramic powder constituting the water-based ceramic ink of the present invention.
2 is a flow chart of manufacturing a water-based ceramic ink containing a binder.
3 is a diagram illustrating the measurement of the average particle size of dispersion in the ink according to the control of the surfactant content compared to the ceramic powder.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the accompanying drawings, the size and quantity of objects are enlarged or reduced than the actual size for clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "comprising" are intended to designate that a feature, step, function, component or a combination thereof described in the specification exists, and other features, steps, functions, or components It should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of those or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

수계 세라믹 잉크에 사용되는 세라믹 파우더인 LSCF는 도 1에서 제시되는 바와 같이 1 μm 이하의 평균 직경을 지니며, 결정성을 지닌다. As shown in FIG. 1 , LSCF, a ceramic powder used for water-based ceramic ink, has an average diameter of 1 μm or less and has crystallinity.

도 2에서 제시되는 바와 같이 물 기반에 LSCF 세라믹 파우더와 폴리머 첨가제를 혼합, 지르코니아 볼을 사용한 밀링 공정으로 세라믹 파우더를 분쇄 및 안정적으로 분산시킨 후 바인더를 첨가하여 추가 밀링 공정을 통해 수계 세라믹 잉크 제작한다.As shown in FIG. 2, after mixing LSCF ceramic powder and polymer additive in water, and grinding and stably dispersing the ceramic powder in a milling process using zirconia balls, a binder is added to produce water-based ceramic ink through an additional milling process. .

수계 세라믹 잉크를 구성하는 폴리머 첨가제 중 DISPERBYK-2012 의 함량값을 유지하면서, 계면활성제 (1, 5-pentanediol) 를 세라믹 파우더 대비 20중량% 이하로 첨가하여 응집현상이 없는 도 3에서와 같은 수계 세라믹 잉크 제작할 수 있다.While maintaining the content value of DISPERBYK-2012 among the polymer additives constituting the water-based ceramic ink, the amount of surfactant (1,5-pentanediol) is added in an amount of 20% by weight or less compared to the ceramic powder to prevent agglomeration. Ink can be produced.

잉크젯 프린팅 기술을 적용하여 다양한 기판에 미세 패터닝된 세라믹 물질 구조를 형상화하기 위한 잉크젯 프린팅용 수계 세라믹 잉크 조성물에 적용될 수 있다.It can be applied to a water-based ceramic ink composition for inkjet printing to shape a ceramic material structure finely patterned on various substrates by applying inkjet printing technology.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as described in the claims below. You will understand that it can be done.

Claims (6)

공간해상도 향상을 위해 바인더를 함유하는 수계 세라믹 잉크에 있어서, 물 89-93 중량%, 세라믹 나노파우더 4-6 중량%, 계면 활성제 1-6 중량%을 포함하고,
상기 세라믹 파우더가 LSCF(Lanthanum strontium cobalt ferrite (La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3))이고, 폴리머 첨가제가 DISPERBYK-2012이고, 계면 활성제가 1, 5-pentanediol이고, 상기 계면 활성제(1, 5-pentanediol)가 상기 세라믹 파우더(LSCF) 대비 0중량% 초과 20중량%이하인 것을 특징으로 하는 수계 세라믹 잉크 조성물.In the aqueous ceramic ink containing a binder to improve spatial resolution, it contains 89-93 wt% of water, 4-6 wt% of ceramic nanopowder, and 1-6 wt% of a surfactant,
The ceramic powder is LSCF (Lanthanum strontium cobalt ferrite (La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)), the polymer additive is DISPERBYK-2012, the surfactant is 1, 5-pentanediol, and the surfactant (1, 5- Pentanediol) is an aqueous ceramic ink composition, characterized in that the content of the ceramic powder (LSCF) is greater than 0% by weight and not more than 20% by weight. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete

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