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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.29 No.10 pp.639-646
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2019.29.10.639

Synthesis and Printability of Aqueous Ceramic Ink with Graft Polymer

Ji-Hyeon Lee1,2, Hae-Jin Hwang2, Jin-Ho Kim1, Kwang-Taek Hwang1, Kyu-Sung Han1
1Ceramicware Technology Center, Korea Institute of Ceramic Engineering and Technology, Icheon 17303, Republic of Korea
2Division of Material Science and Engineering, Inha University, Incheon 22212, Republic of Korea
Corresponding author E-Mail : kh389@kicet.re.kr(K. S. Han, KICET)
July 23, 2019 August 26, 2019 September 19, 2019

Abstract


Ink-jet printing is a manufacturing process technology that directly prints a digitalized design pattern onto a substrate using a fine ink jetting system. In this study, environmentally friendly yellow aqueous ceramic ink is synthesized by mixture of distilled water, yellow ceramic pigment and additives for ink-jet printing. The graft polymer, which combines electrostatic repulsion and steric hindrance mechanism, is used as a surfactant for dispersion stability of aqueous ceramic ink. Synthesized ceramic ink with graft polymer surfactant shows better dispersion stability than did ceramic ink with PAA surfactant; synthesized ink also shows desirable ink-jet printability with the formation of a single ink droplet during printability test. Finally, ceramic ink printed on glass substrate and ceramic ink with graft polymer surfactant shows a high contact angle without surface treatment on glass substrate. Consequently, it is confirmed that the ceramic ink with graft polymer surfactant can achieve high printing resolution without additional surface treatment process.



Graft Polymer를 이용한 수계 세라믹 잉크의 합성 및 프린팅 특성평가

이 지현1,2, 황 해진2, 김 진호1, 황 광택1, 한 규성1
1한국세라믹기술원 도자융합기술센터
2인하대학교 신소재공학과

초록


    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1.서 론

    잉크젯 프린팅 기술은 디지털 패턴 또는 이미지 데이 터를 프린터로 전송하고 미세한 액적을 토출하여 기판 에 직접 출력하는 방식이다. 전통적인 그래픽 프린팅 방 식인 그라비아, 스크린, 오프셋 프린팅 기술과는 다르게 잉크젯 프린팅은 이미지의 생성이나 수정이 매우 빠르 고 간편하여 다품종 소량생산의 산업에 효과적으로 사 용될 수 있는 공정이다. 잉크젯 프린팅은 전통적인 프 린팅 방식에 비해 해상도가 높고 잉크 액적을 원하는 시 점에 토출 할 수 있어 폐기물 발생이 거의 없는 고효율 의 친환경적 공정 구축이 가능하다. 이외에도 프린트 헤 드와 기판이 닿지 않는 비접촉 방식이기 때문에 프린팅 기판의 재질과 형상에 구애 받지 않는 장점이 있다.1-4) 이와 같은 장점들로 인해 최근 잉크젯 프린팅 기술은 기 존의 가정 및 사무 영역뿐만 아니라 LED, 전자 회로 프 린팅과 같은 전자 디바이스 제작, 세포 패터닝, 바이오 칩, 바이오 센서, 조직 공학과 같은 바이오 프린팅, 촉 매 프린팅, 패키징, 건축용 세라믹 타일 프린팅 등에 적 용되고 있다. 최근에는 잉크젯 프린팅을 이용한 3차원 프 린팅에 대한 연구가 진행되고 있어 그 응용 분야가 매 우 다양하다고 할 수 있다.5-14)

    잉크젯 프린팅의 여러 응용 분야 중에서도 세라믹 타 일 잉크젯 프린팅은 고온에서 안정적인 발색이 가능한 고해상도의 다양한 패턴을 세라믹 타일에 프린팅하는 분 야이다. 현재 잉크젯 프린팅은 이 기술이 가진 효용성 을 바탕으로 세라믹 타일 프린팅 산업의 기존 공정을 빠 르게 대체해 나가고 있다.15) 현재 대부분의 잉크젯 프린 팅용 세라믹 잉크는 분산안정성과 토출 특성 확보가 용 이한 이유로 휘발성 유기화합물을 포함한 유기용제를 사 용하고 있다. 그러나 최근 각종 산업에 대한 환경 기준 이 점차 강화되고 있어 친환경, 기능성 세라믹 잉크 개 발에 대한 수요가 높아지고 있다.16) 잉크젯 프린팅은 프 린트 헤드에서 토출된 잉크 액적을 기판에 탄착시켜 원 하는 패턴을 형성한다. 이 과정에서 액적 형성 거동과 프린팅 기판에 탄착된 액적의 퍼짐 거동은 잉크젯 프린 팅 최종 품질에 큰 영향을 미친다. 따라서 고품질의 잉 크젯 프린팅 패턴을 얻기 위해서는 잉크가 가진 물성을 최적화하여 이상적인 잉크 액적을 형성하고 기판에 탄 착시키는 것이 필요하다.17-19) 잉크젯 프린팅 특성상 잉 크의 물성에 따라 액적 형성 거동이 민감하게 변화하며 수계 용매 기반의 잉크는 유기 용매와 달리 분산안정성 과 유변학적 특성이 잉크젯 프린팅에 적합한 범위에서 매우 벗어나 있기 때문에 세밀한 특성 제어가 요구된다.

    본 연구에서는 수계 기반의 잉크에서 세라믹 안료의 분 산안정성을 확보를 위해 입자간에 정전기적 반발력과 입 체 장애를 이용하는 graft polymer를 분산제로 사용하여 잉크젯 프린팅용 세라믹 잉크를 합성하였다. 잉크젯 프 린팅 적용을 위해 수계 세라믹 잉크의 유변학적 특성을 조절하여 토출 특성을 최적화하였으며, 유리 기판에서 세 라믹 잉크의 접촉각 변화에 따른 프린팅 특성에 대해 분 석하였다.

    2. 실험방법

    잉크젯 프린팅 공정에서 사용되는 yellow 컬러의 세라 믹 안료를 고상합성법으로 합성하였다. 출발 원료로는 ZrO2(Sigma Aldrich), SiO2(Showa), Pr6O11(Sigma Aldrich), 그리고 NaF(Sigma Aldrich)가 광화제로 사용하였다. 세 라믹 안료 합성을 위해 출발 원료들을 3시간 동안 습 식 혼합한 후 5 °C/min의 승온 속도로 1,100 °C에서 1 시간 동안 소성하였다. 이후 세라믹 안료의 미립화를 위 해 나노셋 밀(Dntech, KMD-1S)을 사용하여 2000 rpm 의 속도로 밀링 공정을 진행하였다. 세라믹 안료의 결 정구조 분석은 x-ray diffractometer(XRD, Rigaku, DMax 2500)를 사용하여 진행하였고, 입도 분포는 particle size analyzer(PSA, Horiba, LA-950V2)로 측정하였다. 또한 세라믹 안료의 광학적 물성 변화를 분석하기 위해 UV-visible spectrophotometer(Jasco, CM-700D)를 사용하 여 흡수 스펙트럼을 측정하였다.

    수계 세라믹 잉크는 증류수를 용매로 사용하였고 세라 믹 안료를 15 vol% 첨가하여 합성하였다. Poly acrylic acid(PAA, Sigma Aldrich)와 Fig. 1과 같이 정전기적 반발력을 사용하는 고분자 주쇄(main chain) PAA에 입 체장애를 이용하는 poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate(PMEM, Sigma Aldrich)를 측쇄(side chain) 로 grafting시킨 PAA-g-PMEM을 수계 세라믹 잉크의 분 산제로 첨가하였다.20) 잉크젯 프린팅에서 요구하는 점도 및 표면장력을 만족시키기 위해 poly ethylene glycol(PEG, Sigma Aldrich)을 증점제로 0-15 wt%, polysiloxane 계 열의 표면장력 조절제(BYK, BYK-028)를 0-0.1 wt% 범위로 각각 첨가하였다. 세라믹 잉크의 점도 측정은 rotational rheometer(Thermo fisher scientific, HAAKE MARS III)를 사용하였고 표면장력 측정을 위해 surface tension analyzer(Surface electro optics, DST-60)를 이용 하였다. 세라믹 잉크의 분산안정성은 다중광산란법을 이 용하는 turbiscan(Formulaction, Turbiscan LAB)으로 분 석하였다. 세라믹 잉크의 액적 형성 거동을 확인하기 위 하여 drop watcher(STI, Cera DW)를 사용하였으며 유 리 기판과 잉크 사이의 접촉각은 contact angle analyzer (Surface electro optics, PHX300)를 이용하여 분석하였 다. 프린팅된 세라믹 잉크의 형상은 optical microscope (Olympus, SZ61)를 이용하여 관찰하였다.

    3. 결과 및 고찰

    고상합성법에 의해 합성된 yellow 세라믹 안료의 물성 을 미립화 공정 전후로 분석하여 Fig. 2에 나타내었다. Fig. 2(a)에 분석된 yellow 세라믹 안료의 결정구조는 zircon 구조의 ZrSiO4가 주상으로 나타났으며, 미반응 잔 여물로 보이는 ZrO2가 일부 확인되었다. 미립화 공정을 진행한 후에도 XRD peak의 높이가 다소 낮아졌을 뿐 본래의 결정구조는 그대로 유지되는 것을 확인하였다. Fig. 2(b)에는 미립화 공정에 따른 세라믹 안료의 입도 분포를 나타내었다. 세라믹 안료의 입도 감소는 미립화 시간에 따라서 선형으로 감소하는 것이 아니라, 미립화 시간이 임계 시간에 도달할 때까지 급격하게 감소하게 되며 이를 지난 후에는 큰 폭의 입도 감소가 관찰되지 않았다. 기존 연구에 의하면 입자를 포함한 잉크를 사 용하는 잉크젯 프린팅 공정에서 노즐의 막힘 현상을 회 피하기 위해서는 잉크 내 입자의 크기가 노즐 직경의 1/ 50에 해당하는 입도를 가져야 한다고 보고된 바 있다.21) Yellow 세라믹 안료는 3시간의 밀링 공정을 통해 300 nm 이하의 평균 입도를 나타내어 이러한 조건을 충족 하는 것으로 확인되었다. Fig. 2(c)에는 yellow 안료의 흡 수 스펙트럼에 관한 분석 결과를 나타내었다. Yellow 안 료는 ultraviolet 파장 영역대인 335nm에서 강한 흡수 밴 드를 보였고, 이는 Pr4+이온의 f-d 전이가 바닥상태 2t2g 에서 여기상태 f로 일어나기 때문으로 보인다. 또한, 가 시광 영역대인 410 nm에서 강한 흡수 밴드를 나타내었 는데, 이 흡수 밴드는 Pr4+이온의 f-f 전이가 바닥상태 t1g 에서 여기상태 f로 일어나기 때문이다. 마지막으로 590 nm에서 나타난 약한 흡수 밴드는 Pr3+이온의 f-f 전이가 바닥상태 3H4에서 여기상태 1D2로 일어나기 때문으로 보 인다.22-24) 미립화 공정 전후로 흡수 peak의 세기가 다소 변화하였으나 큰 변화는 관찰되지 않아 광학적 특성이 잘 유지된 것으로 판단된다. Fig. 2(d)에는 미립화된 세 라믹 안료를 800 °C, 1,000 °C, 1,200 °C에서 1시간동안 열처리한 결과를 나타내었다. 세라믹 안료는 모두 800 °C, 1,000 °C의 열처리 후 안정적인 발색을 나타내었고, 일 반적인 세라믹 타일 제작 공정의 소성온도보다 높은 1,200 °C의 열처리 후에도 안정적인 발색 특성이 확인되 었다.

    합성된 yellow 세라믹 안료를 15 vol% 첨가하여 수계 기반의 세라믹 잉크를 제조하였다. Fig. 3에는 수계 세 라믹 잉크의 분산안정성에 대한 turbiscan 측정 결과로 분산제 첨가에 따른 세라믹 잉크의 분산안정성 비교를 위해 Fig. 3(a)에 분산제를 첨가하지 않은 세라믹 잉크, Fig. 3(b)에 PAA를 분산제로 첨가한 세라믹 잉크, Fig. 3(c)에는 PAA에 PMEM을 grafting 시킨 graft polymer (PAA-g-PMEM)를 분산제로 첨가한 세라믹 잉크에 대한 후방산란 profile을 각각 나타내었다. Turbiscan 측정은 근적외선을 광원으로 사용하여 시료의 후방산란을 측정 함으로써 시료의 농도에 구애받지 않고 저장 중에 발생 하는 세라믹 잉크 내부의 입자 침전 및 응집 거동을 빠 르고 정확하게 평가 할 수 있다.25) 후방산란 측정의 경 우 시료 높이에 따른 입자의 거동을 관찰하기 위하여 상 층부, 중간부, 하층부로 나누어 시료 내부의 변화에 대 한 분석을 진행하였다. Fig. 3(a)의 분산제를 첨가하지 않 은 세라믹 잉크 상층부에서는 측정 시간이 지남에 따라 후방산란이 측정 시작과 비교하면 약 80 % 감소하였고 중간부 후방산란은 약 3 %의 변화를 보였다. 상층부의 후방산란 변화는 대부분 입자의 침전으로 인한 것이며 중간부의 후방산란 변화는 세라믹 잉크 내부에서 침전 중 입자들 사이에 응집이 일어나기 때문이다. Fig. 3(b) 의 PAA를 분산제로 첨가한 세라믹 잉크는 측정 5시간 경과 후 상층부에서 약 65 %의 후방산란 감소를 나타 내었고 중간부의 후방산란은 약 5 %의 변화가 나타난 것 으로 확인되었다. Fig. 3(c)의 PAA-g-PMEM을 분산제로 첨가한 세라믹 잉크의 경우 5시간 측정 후 상층부에서 약 35 %의 후방산란이 감소하는 결과를 나타내었고, 중 간부의 후방산란은 거의 변화가 없는 것으로 보아 응집 현상은 일어나지 않은 것으로 판단된다. 이와 같이 측 정된 결과를 바탕으로 수계 세라믹 잉크의 분산안정성 의 변화를 종합적으로 평가하기 위한 turbiscan stability index(TSI) 값을 Fig. 3(d)에 산출하였다. 일반적으로 TSI 값이 낮을수록 분산안정성이 향상된 것을 의미한다.26) 측 정이 끝난 시간을 기준으로 TSI 값은 분산제를 첨가하 지 않은 세라믹 잉크의 경우 12.40으로 확인되었고, PAA 와 PAA-g-PMEM을 첨가한 세라믹 잉크는 각각 8.36과 5.49를 나타내어 PAA-g-PMEM을 분산제로 사용하였을 경우 분산안정성이 크게 향상된 결과를 확인하였다.

    합성된 수계 세라믹 잉크의 유리 기판에서의 프린팅 적 용 가능성을 확인하기 위해 Fig. 4에 첨가제에 따른 세 라믹 잉크와 유리 기판 사이의 접촉각 측정 결과를 나 타내었다. 일반적으로 흡수층이 없는 유리 기판의 경우 높은 표면에너지로 인해 잉크 퍼짐 현상이 심하게 발생 하여 프린팅 품질이 저하된다. Fig. 4(a)의 첨가제가 없 는 증류수의 접촉각은 13.8°로 측정되었으며 Fig. 4(b)- 4(e)에 세라믹 잉크 합성에 사용된 첨가제에 따라 각각 접촉각 측정 결과를 나타내었다. Fig. 4(b)의 표면장력 조 절제만 세라믹 잉크에 첨가된 경우에는 접촉각에 큰 영 향을 미치지 않았으며 Fig. 4(c)의 증점제 첨가는 세라 믹 잉크의 점도를 증가시킴으로써 접촉각을 23.5°로 다 소 향상시켰다. Fig. 4(d)에서 볼 수 있듯이 분산제로 사 용된 PAA도 세라믹 잉크의 접촉각을 23.4°로 다소 증 가시키는 효과가 있었으며 Fig. 4(e)의 PAA-g-PMEM를 세라믹 잉크에 첨가한 경우에는 접촉각이 54.5°까지 크 게 증가된 결과를 나타내었다. Fig. 4(f)에는 유리 기판 을 PFTS 코팅을 통해 소수성으로 표면 개질 후 관찰된 세라믹 잉크의 이미지를 나타내었으며 접촉각은 64.7°로 측정되었다. 이와 같은 결과와 비교해볼 때 graft polymer 인 PAA-g-PMEM을 세라믹 잉크에 첨가한 경우에는 기 판을 소수성으로 표면개질한 것과 유사하게 접촉각을 증 가시키는데 큰 효과가 있음을 확인하였다.27)

    Fig. 5은 잉크젯 프린팅 적용을 위해 수계 세라믹 잉 크의 유변학적 특성을 조절한 결과이다. 세라믹 잉크의 점도를 조절하기 위해 PEG를 첨가하였으며 표면장력 조 절을 위해 poly siloxane을 첨가하였다. 세라믹 잉크의 점도 변화 거동을 Fig. 5(a)에 나타내었으며 증점제의 첨 가량이 0, 5, 10, 15 wt%로 증가함에 따라 세라믹 잉크 의 점도는 1.14, 3.45, 5.26, 10.41 mPa·s로 점차 증가하 는 거동을 나타내었다. Fig. 5(b)에서 세라믹 잉크의 표 면장력은 표면장력 조절제의 첨가량이 0, 0.005, 0.01, 0.1 wt%로 증가함에 따라 63.35, 44.34, 42.51, 38.72 mN/m로 감소하는 경향을 나타내었다. 잉크젯 프린팅 용 잉크의 점도와 표면장력은 잉크젯 프린트 헤드에서 토 출되는 잉크 액적의 형상과 속도 그리고 프린팅 기판에 서의 잉크 퍼짐에 강한 영향을 미친다. 너무 높은 점도 와 표면장력은 프린트 헤드 노즐과 채널 내에서의 잉크 유동성을 저하시켜 잉크 토출에 방해가 된다. 반면에 너 무 낮은 점도와 표면장력은 잉크가 프린트 헤드 노즐 주 변을 적시거나 잉크 토출 신호가 없는 상태에서도 중력 에 의해 잉크가 흘러 내리는 현상을 야기해 정상적인 잉 크젯 프린팅을 할 수 없도록 만든다. 따라서 합성된 수 계 세라믹 잉크를 이용하여 성공적인 잉크젯 프린팅을 달성하기 위해서는 적절한 유변학적 특성(점도, 표면장 력) 조절이 매우 중요하다.28,29) 무차원 수를 이용하면 잉 크젯 프린팅에서 잉크의 토출 특성을 예측할 수 있다. 수계 세라믹 잉크의 토출 특성 예측에 사용된 무차원 수 는 오네소지 수(ohnesorge number)이며 오네소지 수는 아래와 같은 식으로 표현된다.

    Oh =  η ργL

    여기서 η은 세라믹 잉크의 점도, ρ는 밀도, γ는 표면장 력 그리고 L은 프린트 헤드 노즐 직경을 이용하여 오 네소지 수의 역수(inverse of ohnesorge number, Z)를 산출하였다. 기존 연구에 의하면 잉크젯 프린팅용 잉크 의 경우 Z값이 1과 10 사이일 때 잉크젯 프린팅에 적 합하다고 알려져 있다.30,31) 합성된 수계 세라믹 잉크의 Z값은 유변학적 특성을 조절하기 전 56.8로 프린팅 가 능 영역인 1과 10 사이 범위에서 매우 벗어나 있었으 나 증점제를 15 wt% 첨가한 결과 Z값이 6.2를 나타내 면서 안정적인 액적 토출 특성을 보이는 범위로 진입하 였으며 표면장력 조절제를 첨가한 경우에는 수계 세라 믹 잉크의 Z값에 크게 영향을 미치지 않는 결과를 나 타내었다.

    Fig. 6은 증점제가 15 wt% 첨가된 수계 세라믹 잉크 가 잉크젯 프린터 노즐에서 토출된 직후부터 시간 경과 에 따라 액적이 형성되는 거동을 관찰한 결과이다. 합 성된 세라믹 잉크의 잉크젯 프린터 노즐에서 원활한 토 출 여부와 토출 후 세라믹 잉크가 프린팅에 적합한 구 형의 액적을 형성하는지에 대해 평가하였다. 또한 토출 되는 잉크 액적에 긴 tail이 형성되어 액적이 두 개 이 상으로 나뉘는 위성 액적 현상이 발생하거나 잉크 토출 후 잉크가 수직 방향 이외에 다른 방향으로 휘는 현상 이 발생하는 경우에도 잉크젯 프린팅에 적합하지 않은 것으로 판단한다. Fig. 6(a)에 수계 세라믹 잉크의 단일 액적에 대한 토출 특성을 나타내었으며 세라믹 잉크가 노즐에서 토출되고 약 140 μs 후 tail이 사라지고 완전 한 구형의 단일 액적을 형성하는 결과를 확인하였다. Fig. 6(b)-6(d)는 복수의 잉크 액적이 토출되는 모습을 관찰한 결과로 토출된 잉크는 모두 직진성을 보이며 비교적 균 일한 높이에서 위성 액적없이 구형의 단일 액적을 형성 하는 결과를 나타내어 잉크젯 프린팅 적용에 적합한 것 을 확인하였다.

    Fig. 7은 합성된 수계 세라믹 잉크를 유리 기판에 잉 크젯 프린팅한 결과이다. Fig. 7(a)는 접촉각이 제어되지 않은 세라믹 잉크로 흡수층이 없는 유리 기판의 경우 잉 크 퍼짐 현상이 발생하여 원하는 패턴이 제대로 표현되 지 않았으며 인접한 잉크 액적들이 서로 합쳐지는 현상 까지 확인할 수 있다. 이와는 다르게 유리 기판을 PFTS 표면처리를 통해 접촉각을 64.7°까지 향상시킨 경우에는 Fig. 7(b)과 같이 기판 표면에 탄착된 잉크 액적이 퍼지 지 않고 구형의 단일 액적이 잘 형성되는 것을 관찰할 수 있으며 이 경우 프린팅된 액적의 크기는 평균 53.5 μm로 측정되었다. Fig. 7(c)는 인 PAA-g-PMEM을 첨가 하여 세라믹 잉크의 접촉각을 유리 기판의 표면개질없 이 54.5o로 증가시킨 경우의 프린팅 결과로 Fig. 7(b)와 같이 프린팅된 세라믹 잉크의 2차원적 퍼짐이 크게 억 제된 결과를 관찰할 수 있었다. 프린팅된 액적의 크기 는 평균 88.1 μm로 측정되었으며 세라믹 잉크와 유리 기 판 사이의 접촉각에 비례하여 영향을 받는 것으로 판단 된다. 세라믹 잉크의 접촉각이 증가할수록 프린팅된 액 적 크기가 감소하여 인쇄 해상도를 향상시킬 수 있음을 확인하였으며 graft polymer인 PAA-g-PMEM을 세라믹 잉크에 첨가함으로써 표면 개질 공정을 거치지 않고도 잉크 퍼짐 현상을 최대한 억제할 수 있었다.

    4.결 론

    본 연구에서는 잉크젯 프린팅에 적용가능하며 기존 유 기 용매 기반의 세라믹 잉크에서 발생되는 휘발성유기 화합물을 배출하지 않는 수계 기반의 세라믹 잉크를 합 성하고 프린팅 특성에 대해 분석하였다. 고온 발색 안 정성을 가진 yellow 세라믹 안료가 고상합성법으로 합 성되었으며 합성된 세라믹 안료는 잉크젯 프린팅 공정 에서 발생할 수 있는 노즐 막힘 현상을 방지하기 위해 300 nm이하의 평균 입도로 미립화 되었다. 미립화 이후 에도 세라믹 안료는 본래의 결정구조 및 고온 발색 특 성을 잘 유지하는 것을 확인하였다. 수계 세라믹 잉크 내에서 안료 입자의 균일한 분산을 위해 PAA와 PMEM 를 결합한 graft polymer인 PAA-g-PMEM을 첨가하였으 며 그 결과 세라믹 잉크의 분산안정성을 크게 향상시킬 수 있었다. 또한 PAA-g-PMEM이 첨가된 세라믹 잉크는 유리 기판에서 접촉각이 54.5°까지 크게 증가되는 것을 확인하였다. 최종적으로 잉크젯 프린터를 이용하여 합성 된 수계 세라믹 잉크를 유리 기판에 토출하였고 프린팅 특성을 확인한 결과 graft polymer를 첨가한 수계 세라 믹 잉크는 기판의 표면개질없이 높은 접촉각으로 인해 잉크 액적 퍼짐 현상이나 액적 간의 뭉침 현상을 최대 한 방지하며 원하는 패턴을 잉크젯 프린팅으로 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.

    Acknowledgement

    This work was supported by the Infrastructure Program for New Value Creation of Traditional Ceramic Industry (BUS010025000) under the Ministry of Trade, Industry and Energy, Korea.

    Figure

    MRSK-29-10-639_F1.gif

    (a) Structural formula of PAA-g-PMEM graft polymer and (b) schematic diagram of dispersion mechanism of ceramic pigment particle with PAA-g-PMEM.

    MRSK-29-10-639_F2.gif

    (a) XRD spectra, (b) particle size distributions, (c) UV-visible absorption spectra of yellow pigment before and after micronization. (d) Optical images of as-prepared pigment and micronized pigment after firing at 800, 1000, 1200 °C .

    MRSK-29-10-639_F3.gif

    Backscattering profiles of aqueous ceramic ink (a) without dispersant addition, (b) with PAA addition, (c) with PAA-g-PMEM addition. (d) TSI values of aqueous ceramic ink before and after dispersant addition.

    MRSK-29-10-639_F4.gif

    Optical images of (a) deionized water, aqueous ceramic ink with addition of (b) polysiloxane, (c) PEG, (d) PAA, (e) PAA-g-PMEM on bare glass substrate and (f) aqueous ceramic ink on PFTS treated glass substrate. (g) Contact angle of deionized water and aqueous ceramic ink with various additives.

    MRSK-29-10-639_F5.gif

    Rheological properties of aqueous ceramic ink with the addition of (a) thickener and (b) surface tension modifier.

    MRSK-29-10-639_F6.gif

    Jetting behavior of (a) single ceramic ink droplet, and multiple ceramic ink droplet after (b) 50 μs, (c) 100 μs, (d) 150 μs.

    MRSK-29-10-639_F7.gif

    Microscopic images of ink-jet printed pattern using (a) ceramic ink on bare glass substrate, (b) on PFTS treated glass substrate, (c) PAA-g-PMEM added ceramic ink on bare glass substrate.

    Table

    Reference

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