JP2007520326A - 複合機能を有するナノ複合材料溶液及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノ複合材料が分散した溶液の製造方法を提示することであり、より詳しくは、保管安全性、熱的安全性などに優れ、抗菌機能、遠赤外線放射機能、脱臭機能などを持つ銀を含むナノ複合材料溶液の製造方法を提示する。
【解決手段】本発明は、ナノ複合材料溶液及びその製造方法に関し、塩基性のシリカコロイド水溶液を準備する段階；前記塩基性シリカコロイド水溶液にアルミニウムを含む負極と、銀を含む正極を設けて電気分解装置を備える段階；前記電気分解装置の各電極に電圧を加えてナノ複合材料溶液を形成する段階を含むことを特徴とする。これによって、環境にやさしく、生産性が高い方法でナノ複合材料を生産することができる。 また、この方法によって製造されたナノ複合材料溶液は、既存の銀コロイダル及び銀ナノ溶液の製品のイオン性に起因した保管安全性の問題を解決することができ、抗菌機能、遠赤外線放射、脱臭機能などの複合機能を持つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合機能を有するナノ複合材料溶液と製造方法に関する。

本発明は、複合機能を有するナノ複合材料溶液及びその製造方法に関し、より詳しくは、ナノサイズのシリカ、 銀などが互いに結合された状態で水やジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、エチレングリコール（ＥＧ）、グリセリンなどの有機溶媒に分散した溶液及びその製造方法に関する。

本発明に使用されるシリカコロイド溶液の代表的な製造工程は、米国特許第２，８９２，７９７号と第３，２５２，９１７号に開示されており、水ガラスに酸を添加しながら粒子の大きさが制御されたシリカを析出させ、溶液内のナトリウム及び陰イオンは、それぞれ陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂を通過させて、適正濃度に制御する方式でシリカコロイド溶液を製造する。

高純度の銀をナノ粒子に作るための工程は、バルク（ｂｕｌｋ）状態でその大きさを小さくするトップ−ダウン（ｔｏｐ−ｄｏｗｎ） 方式と、銀の原子あるいはイオンを数十個合わせて製造するボトム−アップ（ｂｏｔｔｏｍ−ｕｐ） 方式がある。 地球上は酸素雰囲気であるのでナノサイズの粒子が空気中に露出する際に、表面には常に酸化被膜が形成され、これによって純粋金属のナノ粒子は常に粒子表面に酸化被膜が存在し、バルク状態でよりナノ状態で酸化膜の相対体積が大きくなって、ナノ金属粒子の效力が非常に減少する。また、すべての粒子がその表面積を最小化しようとする傾向によって、ナノ状態の粒子は常に粒子間凝集が生じ、真正なナノ粒子として存在させることが非常に困難である。しかし、水あるいは有機溶媒のような分散媒内で、分散媒の種類によっては安定して存在することができ、それぞれ濃度と凝集の程度は異なる。特に、水は地球上で最もありふれた物質であり、その応用範囲も非常に広いので、多くのナノ粒子の分散媒として活用されている。ナノサイズの銀粒子溶液の製造と係わる従来の技術は、次の通りである。

大韓民国公開特許公報第１９９８−０１８０４６号は、１乃至１００ｎｍ範囲の銀粒子が１乃至８０重量％範囲で媒質に分散した銀ゾルの製造法及び応用を開示している。このような銀ゾルは、５乃至５０℃範囲の温度と１，０００乃至１０，０００ｒｐｍ範囲の撹拌速度下で銀化合物溶液を還元剤と反応させて銀微粒子を作り、遠心分離機で生成された銀微粒子を回収した後、再びこの銀微粒子を媒質中に分散させて製造する。必要に応じては結合剤を添加して透明な電導性コーティング剤に作って、陰極線管に適用することができる。

大韓民国特許公報第２０００−００１８１９６号は、界面活性剤を利用して溶液内でナノサイズの複合金属粒子を製造する方法を開示している。 金、銀、鉄、白金、亜鉛などの塩化合物の中で２種以上を溶解させた複合金属イオン溶液に、ハイドラジン、ＮａＢＨ_４、ＬｉＡｌＢＨ_４、酸素化合物などのような還元剤を一種または２種以上を入れて複合金属粒子に還元させる。この過程で、炭化水素系またはシリコーン系、フルオロカルボン系などの界面活性剤を添加して複合金属粒子の成長を防いで粒子をナノサイズに維持し、ブチルヒドロキシトルエン（Ｂｕｔｙｌｈｙｄｒｏｘｙ ｔｏｌｕｅｎｅ）、ビタミンＥ誘導体のような抗酸化剤を使用して金属粒子の表面酸化を防止する。また、製造された微細複合金属粒子は、抗菌、殺菌、医薬品、研磨剤、帯電防止、電磁波遮断、感光などに利用される。

大韓民国公開特許公報第２００１−００７８８５８号は、放射線の照射によってナノサイズの銀コロイドを製造する方法を開示している。具体的には、ＡｇＮＯ_３、ＡｇＣｌＯ_４、ＡｇＣｌＯ_３などの銀塩を水に溶解した後、アルコールを添加して中間生成物を除去し、コロイド安定剤を入れて窒素置換した後、放射線を照射して一定の大きさの分布を有する銀コロイド粒子を製造する。ここで、アルコールは、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ノルマルプロパノール、ブタノールのうちの一つを使用し、安定剤としては、硫酸ドデシルナトリウム（ｓｏｄｉｕｍ ｄｏｄｅｃｙｌ ｓｕｌｆａｔｅ）、ポリビニールアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）、ポリビニールピロリドン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｐｙｒｏｌｌｉｄｏｎｅ）のうちの少なくとも一つを使用する。この発明によって製造された銀コロイドは、ラマン分光器用産卵増強剤、インク活性部分の添加剤、抗菌抗生剤、伝導性接着剤、電磁波遮断剤などとして使用されることができる。

大韓民国公開特許公報第２００１−００６９６４４号は、銀コロイドを利用して高濃度の銀が含有された抗菌性せっけんを製造する方法を開示している。つまり、既存の銀せっけんが持つ高費用、大量生産の限界などの短所を解決し、低費用の抗菌銀せっけんの製造方法を開示している。ここで使用された銀コロイドは、銀塩溶液状態で還元剤と界面活性剤を利用して製造した ５０，０００ｐｐｍ 以上の高濃度銀を含んでおり、これによって、せっけん生産の際に経済性のある大量生産を可能にしたと記している。

大韓民国公開実用新案公報第２０００−００２１４０１号は、金及び銀コロイド製造装置を開示している。直流電源供給装置、タイマー、電気分解回路ライン及び銀板を具備する金銀コロイド製造装置の設置において、前記銀板において小さな面積をなす部分が一定距離を置いて互いに接するようにし、容器は蒸溜水や精製水を盛る規格化された製品を使用して、容易に銀をコロイド状態に製造して実生活に利用するようにすることを特徴としている。

大韓民国公開実用新案公報第２００１―０００１１６９号は、銀溶液を早い速度で效率的に製造することができる銀溶液製造装置を開示している。この製造装置の構造は、内部に蒸溜水が収容される空間を形成する内筒と、前記内筒の外周面を取り囲んで保護収納する外筒を具備した胴体、前記胴体の上端開口を開閉する蓋で構成される本体、前記本体内の蒸溜水に挿入される２つの銀電極棒、この銀電極棒に周波数６０Ｈｚの家庭用１１０Ｖまたは２２０Ｖの交流電圧を印加する電源供給装置、周波数上昇のための周波数変換装置、及び電圧上昇のための変圧器で構成されており、短い時間内に銀溶液を製造することができるという特徴がある。

大韓民国公開特許公報第２００１−００７００７０号は、金属コロイド、特に白金コロイドを製造する方法を開示している。 製造方法は、水に界面活性剤を添加した処理液に金属イオン溶液とｐＨ補償剤を添加して、還元雰囲気下で温度を制御しながら撹拌し金属イオンを還元して金属コロイドを生成させる。ここで、還元剤はエタノール、界面活性剤は非イオン系ポリソルベイト８０、ｐＨ補償剤は炭酸水素ナトリウムを使用し、還元反応終了後の酸化還元電位はマイナス値で４００ｍＶ以上を現わす。

米国特許第５，９２５，４６３号では、電気化学的な方法で Ｉｂ、 ＩＩｂ、 ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩｂ、ＶＩＩＩ族、ランタン系列、アクチン系列のうちの一つまたはその以上の金属を粒子の大きさ３０ｎｍ以下のコロイドに製造する方法を開示している。この方法は、電解質が添加された電解槽に前記金属電極を入れて、電流を加えて負極で還元される方法で進行し、安定剤として、テトラオクチルアンモニウムブロマイドのような４次アミン系列化合物を添加し、テトラヒドロフランのような有機溶媒を分散媒として使用する。

米国特許第６，２１４，２９９ Ｂ１号では、銀コロイドを製造する装置と方法を開示している。この装置は、約 １５ガロン容量の容器に銀糸（ｓｉｌｖｅｒ ｗｉｒｅ）が付着されたいくつかの電極が、回転撹拌棒を中心に四方に配置されており、各電極は変圧器に連結されている形態である。容器を水で満たし、電極に電源を供給して銀糸から銀粒子が分離されて溶出させる方法で銀コロイドを製造する。

高純度銀は、水分散媒内で極めて低い濃度でイオンあるいは粒子として存在することができ、他の陰イオンなどとの錯化合物(イオン化合物) 形態で比較的高い濃度の数ｐｐｍ程度で存在することができ、このような状態をコロイダル銀という。

水分散媒あるいは有機溶媒分散媒内で銀ナノ粒子を安定して高濃度に分散させる方法は、銀ナノ粒子状態で水分散媒あるいは有機溶媒分散媒内の粘度を調整することによって(粘度調整剤を添加)、ストークス（ｓｔｏｋｅｓ）の法則により銀の沈降を防止することがある。

または、ナノ銀粒子の表面に界面活性剤のようなイオン性媒介体を取り入れて粒子間に同じ符号のイオン性を付与し、粒子間に反撥力を作用させてナノ銀を安定して分散させることができる。また、水分散媒あるいは有機溶媒分散媒でイオン性を持つ安定した化合物に錯イオン化あるいは錯化合物の形態で結合させて存在するようにする方法などもある。

しかし、水分散媒あるいは有機溶媒分散媒にナノ銀粒子を分散させたナノ銀溶液は、大部分完全な金属状態のナノ粒子をなすことができず、一部のイオン性を持っている。このために時間が経つことによってイオン性銀あるいは錯イオン化合物は不安定になり、保存容器に析出したり沈降する原因になる。また、熱的に不安定になって、水分散媒あるいは有機溶媒分散媒に分散したナノ銀溶液は、高温で加熱することによって粘度調整剤、安定製、界面活性剤、錯イオン化合物などがその機能を失ってしまい、大部分粒子間の凝集が生じてナノ銀粒子は沈降するようになる。 従来の大部分の銀ナノコロイダル製品は、前記のイオン性、 高温不安定性などの理由によって産業化が制限されている。

本発明の目的は、ナノ複合材料が分散した溶液の製造方法を提示することであり、より詳しくは、保管安全性、熱的安全性などに優れ、抗菌機能、遠赤外線放射機能、脱臭機能などを持つ銀を含むナノ複合材料溶液の製造方法を提示することである。
また、本発明の他の目的は、銀とシリカなどが結合されているナノ複合材料溶液を提供し、銀とシリカなどが結合されているナノ複合材料を提供することである。

前記目的は本発明によって、ナノ複合材料溶液の製造方法において、塩基性シリカコロイド水溶液を準備する段階と、前記塩基性シリカコロイド水溶液にアルミニウムを含む負極と、銀を含む正極を設けて電気分解装置を備える段階と、前記電気分解装置の各電極に電圧を加えてナノ複合材料を形成する段階とを含むことを特徴とするナノ複合材料溶液の製造方法によって達成できる。

前記電圧を加える段階の温度は、３０乃至１００℃範囲であることが好ましい。
前記塩基性シリカコロイド水溶液におけるシリカの含量は０．１乃至３０重量％であることが好ましい。

前記塩基性シリカコロイド水溶液のｐＨは、８乃至１２であることが好ましい。

前記ナノ複合材料溶液に有機溶媒を加え、水を除去する段階をさらに含むことが好ましい。

また、本発明の目的は前記の方法で製造されたナノ複合材料溶液によっても達成できる。

また、本発明の目的は、１乃至１０ｎｍの平均粒子の大きさを持つ銀粒子と、３乃至５０ｎｍの平均粒子の大きさを持つシリカ粒子を含むナノ複合材料と、分散媒とを含むナノ複合材料溶液によっても達成できる。

前記シリカ粒子と前記銀粒子は互いに結合されていることが好ましい。

前記ナノ複合材料はアルミニウムをさらに含むことが好ましい。

また、本発明の目的は、１乃至１０ｎｍの平均粒子の大きさを持つ銀粒子と、３乃至５０ｎｍの平均粒子の大きさを持つシリカ粒子とを含むナノ複合材料によっても達成できる。

前記シリカ粒子と前記銀粒子は互いに結合されていることが好ましい。

前記ナノ複合材料はアルミニウムをさらに含むことが好ましい。

本発明によって製造されたナノ複合材料とナノ複合材料溶液は、既存の銀コルロイダル及び銀ナノ溶液の製品のイオン性に起因した保管安全性を解決することができ、塩素あるいは反応性陰イオンがある溶液との混用が可能であり、また、１００℃まで安定した卓越な熱的安全性を持つことができる。

本発明では、ナノ複合材料溶液を製造するために、独創的な電気分解法を用いた。この電気分解法は、塩基性シリカコロイド水溶液を電解溶液として用いることを特徴とする。この塩基性シリカコロイド水溶液中のシリカ粒子の含量は、０．１乃至３０重量％であることが好ましく、０．１重量％以下であれば、安定したナノ複合材料が形成されず、３０重量％以上であれば、シリカの凝集が生じるため、分散補助剤（界面活性剤）が必要となる。シリカコロイド溶液は塩基性でなければならず、酸性の液状では銀が正の電荷を持つイオン状態を維持しようとする現象を現わすため、シリカ表面に銀イオンが結合できず、負極で還元されてしまうからである。塩基性シリカコロイド溶液のｐＨは、８乃至１２の範囲が好ましく、ｐＨが８以下の中性領域になれば、シリカコロイドが不安定な状態になり、ｐＨが１２以上になれば、シリカ粒子が分解されてシリケイトイオンになるためである。反応温度は３０乃至１００℃ の間が好ましく、反応温度が３０℃以下になれば、電気分解の速度が遅くて経済性に問題があり、反応温度が１００℃以上になれば圧力設備を備えなければならないという問題があるためである。

電気分解装置の構成を見れば、通常の方法で両電極は板状に構成することができ、この時、正極から解離される銀イオンの量を最大にするために、正極の表面積を最大にする円筒形電極で構成することができる。正極から析出されるシリカ、アルミニウム及び銀の含量を最大限減らすために、正極に超音波をかけたり、回転をさせることが好ましい。この時、負極は棒状あるいは円筒形で構成することができる。電気分解時間は目的とするアルミニウムと銀の濃度によって変わることができ、本発明における電気分解時間は５分から１２時間の範囲である。

通常の方法によってシリカコロイド水溶液を電解液として使用する時、塩基性シリカコロイドが陰イオン性である場合、正極と負極に使用する金属の種類に無関係に電解質内でシリカ粒子は正極から短時間に析出される。シリカ粒子が正極の全面積にかけてコーティングされれば、正極での電解反応が中止され、全体的に正極、負極で電気分解作用が中止される。

そのために、ナノ複合材料溶液は銀の含量が非常に低くて、その応用性が多少制限される。このような点を解決するために、本発明では、塩基性シリカコロイド水溶液を電解液として使用し、負極に純粋アルミニウム電極あるいはアルミニウムが含まれた合金電極を設けて、電気分解反応と無関係に一般的な塩基性溶液でのようなアルミニウムの溶解反応が起きるようにしており、この反応速度を高めるために温度を上昇させた。この方法によって、正極からのシリカの析出を著しく減らして負極と正極反応が継続的に行われ、その原因は、アルミニウムの溶解反応とアルミニウム電極表面での水素発生反応の複合反応に起因したことと推定される。

本発明のナノ複合材料溶液を製造する工程では、塩基性シリカコロイド電解液内において、正極では銀が電解液内にイオン化されて放出される。負極では水素発生が活発に行われ、また、電気分解反応と無関係に負極では塩基性シリカコロイドに起因した溶解反応が同時に行われながら、シリカ粒子、銀粒子などがインシチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で一つの粒子に結合されて、溶液内で本発明のナノ複合材料が形成される。本工程でナノ複合材料を形成する時、アルミニウムはナノ銀結晶内に固溶体（ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）の形態やナノサイズの非晶質アルミナ粒子として存在することと推定される。このようなナノ複合材料の形成は、電気分解と、電気分解作用と関係ないアルミニウムの溶解反応に起因したイオン化エネルギーが複合的に作用してなされることと思料される。このような推定は、コロイダル、シリカ、窒酸銀溶液、硫酸アルミニウム溶液を混合する時、シリカ、銀、アルミニウムなどが結合されずに、それぞれのイオンに分離して存在することから分かったことである。

ナノ複合材料溶液中の銀粒子は、反応が進行することによって溶液内でのナノ銀の色相である黄色から赤色、黒色に漸次的に進行され、電解液の水素イオン濃度（ｐＨ）は塩基性から中性の方に変化する。 目的とする組成で反応が終了した時、不透明な黒色溶液になり、この溶液を銀の濃度１ｐｐｍ程度に再び希釈すれば、透明な黄色を帯びるようになる。従って、ナノ複合材料の濃度が増加することによって溶液の色相は黄色から黒色に変化し、ナノ複合材料を構成する銀の濃度によっても黄色から黒色に変化することが分かる。ナノ複合材料溶液を乾燥して固状のナノ複合材料を分析した結果、シリカ、 銀などから構成された粒子は、平均大きさが １０乃至２０ ナノサイズであることが透過電子顕微鏡によって分かる。この大きさは、シリカ粒子の大きさによるものであり、シリカの大きさがこれよりさらに小さいかまたは大きくても、例えば、平均 ３ｎｍ乃至５０ｎｍでもよい。 Ｘ−線回折装置による結晶構造の分析結果、乾燥粉末は、銀、シリカと明確に分析されるが、アルミニウムの存在状態は明確でない。ただ、存在状態は、アルミニウムが銀結晶に固溶体の形態で存在するか、または非晶質の形態と推定される。 三つの構成元素がなしている微細構造は透過電子顕微鏡の写真から分かることができ、銀ナノ粒子は平均１乃至３ｎｍの大きさであることが分かる。この大きさはシリカの大きさなどによって決定され、１０ｎｍまでも可能である。このような分析資料を実験例の分析結果として提示した。また、本発明によって製造されたナノ複合材料溶液の原液、１００倍希釈溶液、１０００倍希釈溶液は、それぞれ黒色、赤色、黄色の色相を持ち、この時、原液中のナノ複合材料の濃度は約１０重量％であり、ナノ複合材料の濃度によって溶液の色相は多少変わることができる。

上記の工程によって抗菌能などを持つナノ複合材料溶液を製造する場合、イオン性による保管期間の低下問題を解決することができ、熱的に非常に安定して、１００℃まで加熱する場合にも非常に安定して存在することができる。また、銀ナノコルロイダル溶液の製造時に添加される安定剤、粘度調整剤、界面活性剤に起因した人体有害性の問題が発生せず、また、不必要な陰イオンが不純物として残存しないため、その応用性が非常に広い。本発明のナノ複合材料溶液の製造方法は上記の製造条件に限定されない。

下記に並べた実験例は、前記のナノ複合材料溶液内の粒子に対する構造的特徴と物理的性質を測定した結果を示し、実施例では本発明の組成物を多様な素材に適用して応用した例を示している。

本発明は、下記の実施例及び実験例によってさらに詳しく説明されるが、これで本発明を限定するわけではない。

＜実施例１＞
１８リットルの大きさの容器にｐＨ１１の塩基性シリカコロイドの水溶液を満たし、正極に９９．９９重量％ 純度の銀電極を使用し、負極に９９．８重量％ 純度のアルミニウム電極を使用し、負極と正極の各表面積は６６０ｃｍ^２に維持させた。この時、反応温度は反応速度を高めるために９０℃に維持させ、自動温度調節装置を利用して温度を制御した。水の蒸発による電解液の水位変化は純水を添加して一定に維持させる。この時、正極と負極にかける電圧は直流１２０ボルトであり、電流は２アンペアであった。電気分解が進行することによって、銀の電気分解作用により溶液内でシリカ、銀などがインシチュ(in-situ)で結合されてナノ複合材料を形成した。 反応時間による溶液内の銀含量の変化は図１の通りであり、８時間反応させた時の組成は表１の通りである。

＜実験例１＞
上記の構成物の成分含量を誘導結合プラズマ原子発光分光器で分析し、その結果は表１の通りである。

＜実験例２＞
ナノ複合材料の構造観測のためにＸ−線回折分析を行った。試料は、上記溶液を８０℃で２４時間乾燥して粉砕した後に使用し、測定した結果を図２に示した。２０℃付近の広いピークはシリカの吸収ピークであり、４０℃、６５℃、８０℃付近のピークは銀の吸収ピークである。

＜実験例３＞
ナノ複合材料溶液の光に対する物性を観測するために、紫外−可視光線吸収スペクトラムを測定し、その結果を図３に示した。図を見れば３８０乃至４００ｎｍ付近で吸収ピークを現わしている。

＜実験例４＞
ナノ複合材料溶液内の粒子の表面電荷を測定するために、ゼータ電位分析を行った結果、平均電荷は−４１．３１ｍＶで安定した粒子反発力を現わし、分布形態は図４の通りである。

＜実験例５＞
ナノ複合材料溶液内の粒子の微細構造を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。その結果を図５と図６に示した。図５は銀粒子の分布と大きさを示し、図６は銀粒子の単独構造を示す。図６で黒い円の部分が銀であり、円の外はシリカである。

以下では、本発明によって製造したナノ複合材料溶液の多様な分野における使用を説明するが、以下の分野に使用が限定されるわけではない。ナノ複合材料とは、ナノ複合材料溶液の中でシリカと銀などが結合された粒子をいう。以下の実施例では別途の言及がない限り実施例１のナノ複合材料溶液を使用した。しかし、次のようなナノ複合材料溶液によっても同じ效果を奏することができる。

つまり、ナノ複合材料中の銀は、平均１乃至１０ｎｍの大きさで分布し、平均３ｎｍ乃至５０ｎｍ以下の大きさであるシリカと結合されて存在することができる。また、銀：シリカの重量比は 1：１乃至１：１５であり得る。また、ナノ複合材料はアルミニウムをさらに含むことができる。アルミニウム：銀の重量比は１：１乃至１：１０であり得る。アルミニウムは銀と共にシリカと結合されて存在することができる。ナノ複合材料溶液中の銀含量は０．０１乃至５重量％であり得る。また、実施例では主にナノ複合材料の水溶液を利用したが、必要によって水を有機溶媒に置換して使用することもできる。置換方法は、有機溶媒をナノ複合材料水溶液に加えた後加熱して水を蒸発させる方法などがあり、加熱と共に真空をかける方法もある。

＜実施例２＞
本発明のナノ複合材料溶液は、そのものとして抗菌、脱臭、抗カビ、遠赤外線放射の效果を持っているので、スプレーなどを利用して直接的に使用することができる。ナノ複合材料溶液に対して実施した色々な機能性試験とその結果は表２の通りである。

抗菌力試験は、大韓民国原糸織物研究院のシェークフラスコ（ＦＣ−ＴＭ−１９）−２００１法に沿って二つの菌株に対して実施し、ナノ複合材料溶液１．０ 重量％が含まれた試験菌液を３５℃で１０分間振盪培養後、菌数を測定する方法で行った。

脱臭力測定は、上記溶液を８０℃で２４時間乾燥した後、粉碎して、粉末状のナノ複合材料を得て、２ｇを取ってアンモニアガスを対象にガス検知管法で時間別に行い、結果は表３の通りである。

抗カビ性を調査するための防微度試験は、上記溶液を標準濾過紙に浸透させて乾燥した試料に対し、アスペルギルス・ニガー（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ、ＡＴＣＣ ９６４２）、チャエトミウム・グロボスム（Ｃｈａｅｔｏｍｉｕｍ ｇｌｏｂｏｓｕｍ、ＡＴＣＣ ６２０５）、ペニシリウム・ピノフィルム（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｕｍ ｐｉｎｏｐｈｉｌｕｍ、ＡＴＣＣ １１７９７）、グリオクラディウム・ビレンス（Ｇｌｉｏｃｌａｄｉｕｍ ｖｉｒｅｎｓ、 ＡＴＣＣ ９６４５）、オウレオバシディウム・ブルランス（Ａｕｒｅｏｂａｓｉｄｉｕｍ ｐｕｌｌｕｌａｎｓ、ＡＴＣＣ １５２３３）の混合菌株を対象に試験した。その結果、防微度は０等級と判定された。下記に等級について説明する。

等級０−成長できない
等級１−試片上１０％以下に成長
等級２−試片上１０〜３０％以下に成長
等級３−試片上３０〜６０％以下に成長
等級４−試片上６０％以上に成長

遠赤外線の放射率と放射エネルギー測定実験は、上記の溶液を８０℃で２４時間乾燥した後に粉碎して粉末状で得て、３ｇを取って四角板形態に成形して試験を行った。フーリエ変換赤外線分光器を利用した黒体（ｂｌａｃｋ ｂｏｄｙ）対比方式で、波長５〜２０μｍ範囲で５０℃下で実験を進行した。実験の結果、遠赤外線放射率は０．９１６であり、放射エネルギーは ４２５ｗ／ｍ^２と測定された。

＜実施例３＞
本発明のナノ複合材料溶液は藻類生物の殺藻に大きな效果があり、特に赤潮生物に非常に優秀な效果を持つので、赤潮駆除物質として使用できる。このような效果を検証するために赤潮生物駆除実験を実施した。対象赤潮生物は、培養種 コックロディニウム・ポリクリコイデス（Ｃｏｃｈｌｏｄｉｎｉｕｍ ｐｏｌｙｋｒｉｋｏｉｄｅｓ）で、赤潮生物の密度は ２，０００ｃｅｌｌｓ／ｍｌであり、多様な銀濃度を持つ試料に対して時間別に採取して赤潮生物除去率を測定した。その結果は表４の通りであり、これは上級の黄土と類似するか高い水準である。

＜実施例４＞
本発明のナノ複合材料溶液は殺菌及び殺藻效果を持っているので、産業用冷却水処理用殺菌及び殺藻剤として使用可能である。使用時には上記溶液を希釈して使用することができる。表５に銀濃度が冷却水内で１ｐｐｍになるようにナノ複合材料溶液を冷却水に添加して、時間別に残存細菌数を測定した結果を示した。時間によって細菌数が減少することが分かる。銀濃度０．１ｐｐｍ以上においても同じ效果を期待することができる。

<実施例５>
本発明のナノ複合材料溶液をヘビーメッシュメリ（ｈｅａｖｙ ｍｅｓｈ ｍｅｒｒｙ）布に施して抗菌、遠赤外線放射、帯電防止機能を持つヘビーメッシュメリ布を製造した。処理過程は、繊維パディング法を利用し、布を連続工程でナノ複合材料を含んだ浸漬液に浸漬し、過剰吸収分を除去した後、１５０乃至１８０℃の温度で乾燥及び架橋した。ここで、浸漬液は、ナノ複合材料溶液内にバインダー、その他の柔軟剤及び架橋剤を含んだものである。上記で製造されたヘビーメッシュメリ布に対する抗菌力試験は、ＫＳ Ｋ ０６９３−２００１規格に沿って行い、その結果は表６の通りである。

上記ヘビーメッシュメリ布に対し、遠赤外線放射率と放射エネルギーを測定する実験を実施した。実験は、３０×３０ｍｍ大きさのヘビーメッシュメリ布の試片に対し、波長５〜２０μｍ範囲で４０℃条件で進行し、フーリエ変換赤外線分光器を利用して黒体対比試片放射率を測定した。その結果、遠赤外線放射率は０．８９７であり、放射エネルギーは３６１．３２Ｗ／ｍ^２と現われた。

静電気帯電能を調査するために、摩擦帯電圧測定実験を実施した。この実験はＫＳ Ｋ ０５５５−１９８３，８法に沿って、温度 ２０±２、湿度４０±２％ ＲＨ、摩擦回転速度４００ｒｐｍの条件で、標準綿布を使用してナノ複合材料で処理した布と処理していない布にそれぞれ帯電させた後、電圧を測定した。その結果、ナノ複合材料で処理した布は１０ボルト以下である反面、処理していない布は２２３０ボルトと測定された。

＜実施例６＞
本発明のナノ複合材料溶液でポリエステル、ポリプロピレンなどの不織布を処理して、抗菌、遠赤外線放射、帯電防止機能を持つ不織布を製造した。処理過程は、纎維パディング方法で不織布をナノ複合材料を含む浸漬液に浸漬し、過剰吸収分を除去した後、１５０乃至１８０℃の温度で乾燥及び架橋して製造する方法で行った。ここで、浸漬液は、ナノ複合材料溶液自体であるか、または希釈されたものであってもよい。また、浸漬液はアクリル系と代表されるバインダーを１乃至１０重量％含むことができる。上記で製造した不織布に対する抗菌力試験は、ＫＳ Ｋ ０６９３−２００１規格に沿って進行し、試験結果は表７の通りである。

脱臭力実験は、ガス検知管観法で実施し、１００ｃｍ^２大きさの不織布試片に対してアンモニアガスの濃度変化を時間別に測定し、その結果を表８に示した。脱臭率は (ブランクのガス濃度−試料のガス濃度)／ブランクのガス濃度×１００で表した。

上記不織布に対して遠赤外線放射率と放射エネルギーを測定する実験を実施した。実験は、３０×３０ｍｍ大きさの試片に対し、波長５〜２０μｍ範囲で３０℃の条件で進行し、フーリエ変換赤外線分光器を利用して黒体対比試片放射率を測定した。その結果、遠赤外線放射率は０．８２３であり、放射エネルギーは２８６．０７Ｗ／ｍ^２と測定された。

上記不織布に対して静電気帯電能を調査するために、摩擦帯電圧測定実験を実施した。この実験は、ＫＳ Ｋ ０５５５−１９８３，８法に沿って、温度 ２０±２、湿度４０±２％ ＲＨ、摩擦回転速度４００ｒｐｍの条件で、標準綿布を使用してナノ複合材料で処理した不織布と処理していない不織布にそれぞれ帯電させた後、電圧を測定した。その結果、ナノ複合材料で処理した不織布は３４０ボルト、処理していない不織布は７２０ボルトと測定された。

＜実施例７＞
本発明では、ポリウレタン発泡体の製造段階のうち、イソシアネイトとポリオルを混合する過程でナノ複合材料溶液をポリオルに添加して混合、発砲することで、抗菌、脱臭、遠赤外線放射機能を持つポリウレタン発泡体を製造した。 ナノ複合材料溶液の添加量は、イソシアネイトとポリオルの全体液に対して１乃至５重量％が好ましい。このポリウレタン発泡体に対する抗菌力試験をシェークフラスコ（ＦＣ−ＴＭ−１９）−２００１法に沿って進行した。 ナノ複合材料を含むポリウレタン発泡体０．４ｇが含まれた試験菌液を３５℃で２４時間振盪後、培養菌数を測定し、その実験結果は表９の通りである。

上記ポリウレタン発泡体に対する脱臭力試験は、ガス検知管観法に沿って、３．７ｇの試片に対してアンモニアガスの濃度変化を時間別に測定し、その結果は表１０の通りである。

ナノ複合材料溶液で処理されたポリウレタン発泡体と、処理されていないポリウレタン発泡体に対し、遠赤外線放射率と放射エネルギーを測定する実験を実施した。 実験は、３０×３０ｍｍ大きさのポリウレタン発泡体の試片に対し、波長 ５〜２０μｍ範囲で４０℃の条件で進行し、フーリエ変換赤外線分光器を利用して黒体対比試片の放射率を測定した。その結果、処理された発泡体は放射率０．８８５、放射エネルギー３５６．４１７Ｗ／ ｍ^２ を現し、処理されていない発泡体は放射率０．８６８、放射エネルギー３４９．６３９Ｗ／ｍ^２を現した。

＜実施例８＞
本発明では、ナノ複合材料溶液を接着剤に添加して抗菌力のある接着剤を製造した。この中で水性接着剤に対しては、ナノ複合材料溶液の濃度が１重量％になるように添加したが、０．１％乃至５％で添加することも可能である。油性接着剤には分別蒸留法を利用し、分散媒をジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのような油性溶媒で置換して製造した後、上記と同一の組成で添加して製造した。上記のように製造された油性接着剤に対し、フィルム状に試片を製造した後、フィルム密着法（ＦＣ−ＴＭ−２１）−２００１法に沿って抗菌力試験を実施し、結果は表１１の通りである。

上記で製造した水性及び油性接着剤を靴用インソール（ｉｎｓｏｌｅ）製造の付着用接着剤として使用してインソールを製造した後、ＫＳ Ｋ ０６９３−２００１法に沿って抗菌力試験を進行した。試験結果は表１２の通りである。

＜実施例９＞
本発明では、人形の綿、綿などをナノ複合材料溶液に浸漬した後、８０℃で乾燥して、抗菌及び脱臭機能を持つ綿に製造した。上記抗菌綿の抗菌力をＫＳ Ｋ ０６９３−２００１法に沿って測定し、試験結果は表１３の通りである。

脱臭力試験は、ガス検知管法に沿って、上記抗菌綿３．０ｇの試片に対してアンモニアガスの濃度変化を時間別に測定し、その結果は表１４の通りである。

＜実施例１０＞
綿布に本発明のナノ複合材料を添加して抗菌機能を持つ綿布を製造した。添加方法は実施例６と同一である。抗菌力は、ＫＳ Ｋ ０６９３−２００１規格に沿って測定し、その結果は表１５の通りである。

＜実施例１１＞
本発明では、天然皮をナノ複合材料溶液で処理して抗菌性のある皮を製造した。処理方法は、皮の精錬した後、アンモニア水を添加してｐＨを８乃至１０に調節した後、ナノ複合材料溶液を添加し、酢酸でｐＨをまた３乃至５に調節する過程を経る。ここで、添加するナノ複合材料溶液の量は、皮重量の１．５乃至２倍の量に相当する水に対して１乃至５重量％が好ましい。上記で製造した皮の抗菌力測定は、シェークフラスコ（ＦＣ−ＴＭ−１９）−２００１法に沿って行った。その結果は表１６の通りである。

＜実施例１２＞
本発明のナノ複合材料溶液を使用して抗菌機能を持つウエットティッシュを製造した。この抗菌ウエットティッシュは、ナノ複合材料溶液を乾燥状態のティッシュに吸収させる方法で製造した。ナノ複合材料溶液を希釈して使用することも可能である。製造された抗菌ウエットティッシュに対する抗菌力測定は、シェークフラスコ（ＦＣ−ＴＭ−１９）−２００１法に沿って進行し、その結果は表１７の通りである。

＜実施例１３＞
ナノ複合材料溶液を水分散ポリウレタンエマルジョンまたはアクリルエマルジョンに混合して、抗菌、紫外線遮断及び防虫機能を同時に持つコーティング液を製造した。混合組成比は、ポリウレタンまたはアクリルエマルジョン１００重量部に対してナノ複合材料溶液０．５乃至２重量部である。上記のコーティング液に対する抗菌力を測定するために、ガラス生地にコーティングした後、常温乾燥してフィルム状に試片を製造した後、フィルム密着法 （ＦＣ−ＴＭ−１９）−２００１法に沿って進行し、その結果は表１８の通りである。

また、上記コーティング液に対する紫外線遮断及び放出效果を観察するために、紫外−可視光線吸収スペクトラムを測定した。試片は、上記コーティング液を乾燥して厚さ１００μｍ以下のフィルム状になるように製造し、紫外−可視光線分光器で測定した。結果は図７の通りである。図を見ればフィルムが５００ｎｍまでの紫外線を吸収することが分かる。

＜実施例１４＞
本発明のナノ複合材料溶液にゼラチンバインダーを添加して電導性コーティング液を製造した。ここで、ゼラチン添加量は、ナノ複合材料溶液対比約０．５重量％となるようにした。上記の液をガラスなどの生地にコーティングした後、多様な温度で熱処理を行い、熱処理温度による電導性変化を表１９に示した。

＜実施例１５＞
本発明のナノ複合材料溶液に無機バインダーである珪酸ソーダ(ＮａＳｉＯ_３)を添加して、抗菌性無機コーティング剤を製造した。このコーティング剤はナノ複合材料溶液に対して珪酸ソーダを５乃至２０重量％添加して製造し、コーティング工程上、カラス生地に追加的な熱処理なしに常温で容易にコーティングが可能であるという特徴がある。

＜実施例１６＞
本発明のナノ複合材料溶液をプラスチック素材の配合／成形過程に混ぜて、抗菌機能などを持つプラスチック組成物を製造した。ナノ複合材料溶液中の分散媒は、配合／成形過程で除去されることが好ましい。ナノ複合材料の使用量は、プラスチック素材１００重量部に対して０．０１乃至１０重量部であり得る。

ナノ複合材料の分散媒が水の場合には、ジンクステアレイト、アマイド系ワックス、ポリエチレン系ワックス、ポリプロピレン系ワックス、カルシュムステアレイトからなる群より選択される一つ以上の分散媒が加えられることができ、含量はプラスチック１００重量部に対して０．０１乃至０．５重量部が好ましい。

フラッステッキ素材としては、ポリプロピレン、アクリロニトリルスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ナイロン、ポリエチレン、ポリブチルスチレンなどが可能であるが、これらに限定されない。上記配合／成形過程は、ナノ複合材料を含むマスター配置を製造する過程を含むことができる。

以下は、プラスチック素材にナノ複合材料溶液を適用した例である。ポリプロピレン樹脂（湖南石油化学 Ｊ−３２０）１００重量部と、ジンクステアレイト（シンウォン化学株式会社 ＨＩ−ＦＬＯＷ）０．５重量部と、ポリエチレンワックス（（株）ライオンケムテック Ｌ−Ｃ １２１Ｎ）０．５重量部とをヘンシェルミキサーに入れて、５００回転数で５分間ミキシングした後、ナノ複合材料水溶液５重量部（ナノ複合材料の濃度は１０％）を入れて、８０℃、分当りの回転数５００で６０分間配合した。配合後に圧出器の温度を２００℃に維持し、配合されたポリプロピレン樹脂を圧出器に入れてナノ複合材料０．５重量部が含有されたポリプロピレンマスター配置を作った。このような方法で作られたポリプロピレンマスター配置を、ナノ複合材料が含まれていないポリプロピレン（湖南石油化学 Ｊ−３２０）９０重量部とポリプロピレンマスター配置１０重量部を混合して射出し、この時の射出機の温度は２００℃であった。

上記で作られた抗菌／遠赤外線放射機能を持つポリプロピレン射出物に対し試片を製作して、抗菌性と遠赤外線放射試験を行った。上記のように製造された試片をフィルム密着法（ＦＣ−ＴＭ−２１）−２００１法に沿って抗菌力試験を実施し、結果は表２０の通りである。

上記のように製造された試片に対して遠赤外線放射試験を行い、その結果は表２１の通りである。

以上、詳しく説明したように、本発明のナノ複合材料溶液及びその製造方法は、環境親和的な工程である電気分解法を用いるので、公害誘発物質を排出せず、産業的に利用可能な、生産性が非常に高い工程である。

また、電気的エネルギーで無機物粒子のシリカナノ粒子と銀ナノ粒子を強く結合させる方法を提供することによって、今後、他のナノメートルサイズの無機物粒子とナノメートルサイズの金属粒子をナノサイズの状態で結合させる技術発展に貢献することができる。

本発明によって製造されたナノ複合材料とナノ複合材料溶液は、既存の銀コルロイダル及び銀ナノ溶液の製品のイオン性に起因した保管安全性を解決することができ、塩素あるいは反応性陰イオンがある溶液との混用が可能であり、１００℃まで安定した卓越な熱的安全性を持つことができる。

本発明の製造時間による銀の濃度変化を示したグラフである。 本発明によるナノ複合材料のＸ−線回折パターンを示したグラフである。 ナノ複合材料溶液の紫外−可視光線吸収スペクトラムを示したグラフである。 ナノ複合材料溶液内の粒子の表面電荷分布図である。 ナノ複合材料の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の 写真（１）である。 ナノ複合材料のうちの銀粒子を表す透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の写真（２）である。 ナノ複合材料が分散したポリウレタンフィルムの紫外−可視光線吸収スペクトラムを示したグラフである。

Claims (12)

1. ナノ複合材料溶液を製造する方法において、
   塩基性シリカコロイド水溶液を準備する段階；
   前記塩基性シリカコロイド溶液にアルミニウムを含む負極と、銀を含む正極を設けて電気 分解装置を備える段階；
   前記電気分解装置の各電極に電圧を加えてナノ複合材料を形成する段階を含むことを特徴とするナノ複合材料溶液の製造方法。
2. 前記電圧を加える段階の温度は、３０℃ 乃至１００℃ 範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のナノ複合材料溶液の製造方法。
3. 前記塩基性シリカコロイド水溶液におけるシリカの含量は、０．１乃至３０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載のナノ複合材料溶液の製造方法。
4. 前記塩基性シリカコロイド水溶液のｐＨは、８乃至１２であることを特徴とする、請求項１に記載のナノ複合材料溶液の製造方法。
5. 前記ナノ複合材料溶液に有機溶媒を加え、水を除去する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のナノ複合材料溶液の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法によって製造されたナノ複合材料溶液。
7. １乃至１０ｎｍの銀粒子と３乃至５０ｎｍのシリカ粒子を含むナノ複合材料と、分散媒とを含むことを特徴とするナノ複合材料溶液。
8. 前記ナノ複合材料は、アルミニウムをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のナノ複合材料溶液。
9. 前記銀粒子と前記シリカ粒子は互いに結合されていることを特徴とする、請求項７に記載のナノ複合材料溶液。
10. １乃至１０ｎｍの銀粒子と３乃至５０ｎｍのシリカ粒子を含むことを特徴とするナノ複合材料。
11. 前記銀粒子と前記シリカ粒子は互いに結合されていることを特徴とする、請求項１０に記載のナノ複合材料。
12. アルミニウムをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載のナノ複合材料。
    

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