KR100235106B1 - 바이오 세라믹 단추 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결합력이 강화된 내열, 내약품성이 우수한 바이오 세라믹 단추 그의 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 단추는,

1) SiO, FeO, Al₂O₃, TiO, CaO, BeO, ZrO₂, MgO 및 이들의 동족체중의 적어도 2종 이상을 함유하는 천연 또는 인공 광물로 이루어진 복합 광물을 100내지 200 메쉬의 크기로 분쇄하고;

2) 상기 1)의 분말에 물 또는 가소성 유기 결합제를 가하고;

3) 혼합기에서 혼합한후 일정한 형상으로 성형한후 산화 분위기하에서 상기 성형체를 고온으로 가열 소성하고;

4) 얻어진 소성체를 0.5㎛ 이하로 조분쇄하여 결합된 과산화물 형태의 바이오 세라믹 분체를 얻고;

5) 상기 분체를 열가소성수지 또는 열경화성수지, 안료, 이산화티탄 및 전분으로 구성되는 고형성분에 가하여 혼합하고;

6) 상기 5)의 혼합물을 포름알데히드, 암모니아수, 요소 및 임의로 전분으로 구성되는 시럽파트에 가하여 믹서기로 혼합하고; 그리고

7) 혼합물을 압출 및 절단후 건조시키는 방법에 의해 제조된다.

상기방법에 따라 얻어진 바이오 세라믹 단추는 우수한 굴절 강도 및 압축 강도를 갖고 있고, 특히 탁월한 곰팡이 살균 및 억제 효과를 가지며, 유리입자, 방향 및/또는 형광 물질을 부가하여 추가 효과를 얻을 수 있다.

Description

바이오 세라믹 단추 및 그의 제조 방법

본 발명은 결합력이 강화된 바이오세라믹 단추 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 단추의 제조 방법에 관련된 종래 기술로는 한국 공개특허공보 제 87-8671호에 연질 및 경질의 수지와 색소 수지를 적절한 비율로 배합하여 이를 원형 파이프 내에 충전시킨후 경화하여 수지봉을 뽑고 동 수지봉을 단추로 가공하는 단추의 제조 방법이 알려져 있다.

또한, 한국 공개특허공보 제 87-8676호에는 합성수지 재료에 유성 실리콘을 배합교반하여 유성 실리콘이 합성수지 재료의 외주 표면에 도포된 다음 비중이 무거운 인광성 색소와 진주박분을 배합하여, 유성 실리콘층에 인광성 색소와 진주 박분이 함침된 상태에서 사출 성형하여 인광성 색소와 진주박분은 합성수지 용해 물질과 고루 혼합하고 유성 실리콘은 제품 외면을 매끄럽게 하여서된 단추 등과 같은 축 광합성수지 제품의 제조 방법이 제시되어 있다.

세라믹을 이용한 단추의 제조 방법으로는 한국 특허공보 제 87-1589호가 공지 되어 있고, 상기 문헌에는 세라믹의 미세한 분말을 일정 비율로 반죽한후 원하는 형상으로 성형하여 800℃ 내지 1200℃ 에서 가열소성하는 세라믹 악세사리의 제조 방법이 제시되어 있다.

그러나, 상기 문헌은 합성수지 및 그밖의 원료를 혼합가공하여 단순하게 사출 또는 압출성형하는 방법이거나 세라믹원료를 첨가하여 가열소성하는 제조 방법으로, 본원 발명이 제공하는 유기 결합제에 의한 결합력이 강화되고 살균등의 효과를 갖는 단추의 제조 방법과는 전혀 다른 방법이며 또한 개시되어 있지도 않다.

한편, 바이오 세라믹 분말을 이용한 성형체의 제조 방법으로는 다수의 특허출원이 알려져 있으나, 본 발명에서와 같이 단추의 제조 방법과 직접 관련된 문헌은 찾아 볼 수 없고, 그밖의 용도로서 알려진 문헌을 소개하면 다음과 같다 :

바이오 세라믹 분말을 함유한 에폭시 수지를 이용한 안경의 제조와 관련된 한국 공개특허공보 제 96-470호; 바이오 세라믹 형광도료에 관한 한국 공개특허공보 제 96-4464호; 바이오 세라믹을 분무 도포한 진공 포대와 관련된 한국 공개특허 공보 제 96-13643호; 및 산화금속과 바이오 세라믹을 혼합분쇄하여 소성하는 세라믹판의 제조 방법과 관련된 한국 공개특허 공보 제 94-9108호 등이 공개되어 있다.

그러나, 상기 문헌들은 이미 공지되어 시판되는 원적외선 방사 바이오 세라믹 분말을 처리함이 없이 단순히 원하는 용도에 따라 목적하는 성형체에 가하여 제조함으로서 바이오 세라믹의 원적외선 방사특성 그자체를 이용한 발명으로 성형가공시에 특히, 가열소성하지 않고 바이오 세라믹 분말 자체를 다량으로 사용시에 성형압출 또는 사출후 결합력이 약해지는 결점등의 문제점을 갖고 있다. 특히 시판되는 원료자체가 고가이어서 원하는 원적외선 방사효과를 얻기 위해 많은 함량을 사용할 수 없다는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 결합력이 강화된 내열 내약품성이 우수한 바이오 세라믹 단추 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 결합제를 이용하여 성형시에 결합력을 강화한 바이오 세라믹 단추 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 목적에 추가하여 살균 효과를 갖는 바이오 세라믹 단추 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명은 선택적으로 방향 또는 형광 효과를 갖는 바이오 세라믹 단추 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명자는 이러한 문제점을 극복하기 위해 노력하였고, 그 결과 원적외선 방사성 세라믹 성분을 함유한 천연 광물을 분쇄한후 가소성 유기 결합제로 결합시켜 일정 형상으로 성형한후 산화 분위기하에서 가열소성시켜 조분쇄한 과산화물 형태의 바이오 세라믹 분말을 이용하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 온도에서 가열 소성하지 않고 사출 또는 압출성형시에 제품에 결합력이 강화된, 내열 내약품성이 우수한 바이오 세라믹 단추 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 살균, 형광 및/또는 방향 효과를 갖는 바이오 세라믹 단추 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

1) SiO, FeO, Al₂O₃, TiO, CaO, BeO, ZrO₂, MgO 및 이들의 동족체중의 적어도 2종 이상을 함유하는 천연 또는 인공 광물로 이루어진 복합 광물을 100내지 200 메쉬의 크기로 분쇄하고;

2) 상기 1)의 분말에 물 또는 가소성 유기 결합제를 가하고;

3) 혼합기에서 혼합한후 일정한 형상으로 성형한후 산화 분위기하에서 상기 성형체를 고온으로 가열 소성하고;

4) 얻어진 소성체를 0.5㎛ 이하로 조분쇄하여 결합된 과산화물 형태의 바이오 세라믹 분체를 얻고;

5) 상기 분체를 열가소성수지 또는 열경화성수지, 안료, 이산화티탄 및 전분으로 구성되는 고형성분에 가하여 혼합하고;

6) 상기 5)의 혼합물을 포름알데히드, 암모니아수, 요소 및 임의로 전분으로 구성되는 시럽파트에 가하여 믹서기로 혼합하고; 그리고

7) 혼합물을 압출 및 절단후 건조시킴을 특징으로 하는 결합력이 강화된 바이오 세라믹 단추의 제조 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 단추에 의해 달성되었다. 상기 5)의 단계에서 바이오 세라믹 분체를 고형성분에 가할 때 원하는 사용목적에 따라 유리 입자, 형광 물질 및/또는 방향성 물질을 추가할 수 있다.

형광 물질의 예로는 분말 형태로 수지와 적절히 혼합하여 사용할 수 있는 것으로, 바람직하게는 예를들면, CdS, ZnS 등과 같이 열 및 자외선등에 안정한것으로서 발광 특성에 따라 시판되는 원하는 재료를 사용할 수 있다.

유리 입자로는 통상적인 창유리등을 분쇄하여 1mm 이하, 바람직하게는 0.1mm 이하로 분쇄한 입자를 사용할 수 있다.

방향성 물질로는 천연 또는 합성 방향 물질을 사용할 수 있고, 시판되는 비누 또는 화장품에 사용하는 향료를 직접 사용가능하나 바람직하게는 열 및 자외선등에 잘 분해되지 않는 시판되는 합성 방향 물질을 사용할 수 있다.

바람직하게는 천연 광물 원료로는 규석, 점토, 석영, 장석, 백운석, 벤토나이트, 돌로마이트 중에서 하나 또는 그 이상의 광물을 사용할 수 있고, 바람직하게는 원적외선 방사 세라믹스의 복합 광물상으로는 다음과 같다 :

1. 지르콘(ZrO₂·SiO₂), MnO₂, 큐빅 ZrO₂

2. 지르콘, 루타일(TiO₂), MgO-Al₂O₃-TiO₂복합 산화물

3. 석영(SiO2), 몰라이트(3Al₂O₃·2SiO₂)

4. 지르콘, MgO-Al₂O₃-TiO₂복합 산화물

5. 코룬둠(Corundum)(Al₂O₃), 지르콘 및

6. 알루미늄 티타네이트(Al₂O₃·TiO₂)

상기 천연 원료는 합성 원료로 제조한 인공 광물과 적당한 비율로 혼합하여 사용할 수 있고, 인공 광물의 원료로는 Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂, 점토, TiO₂, Cao, K₂O, MgO, ZnO, 복합 산화물인 물라이트(mulite), 도자기, SiZrO₄, 2MgO, 2Al₂O₃·5SiO₂, β-스포두멘(spodumene), 전이금속의 산화물인 MnO₂, Fe₂O₃, CuO, CoO, Cr₂O₃, NiO, 또는 이들의 혼합물들을 사용할 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에서 사용하는 원료 물질중의 적어도 어느 하나 이상은 공기를 직접불어 넣어주거나 또는 산소를 공급하면서 가열하는 산화 분위기 하에서 가열소성시에 과산화물 형태로 산화되어, 사용할 때에 실온에서 서서히 환원되면서 살균 활성을 나타내는 물질이고, 바람직하게는 그예로는 산화칼륨(K₂O), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 또는 산화아연(ZnO)이다.

상기 분쇄 단계는 볼 밀(ball mill) 또는 제트 밀(Jet mill)을 이용하여 분쇄하고, 미분쇄는 5 내지 10시간 수행하고, 조분쇄는 3 내지 5시간 수행하고, 이러한 분쇄기로는 시판되는 통상의 분쇄기를 사용할 수 있다.

결합제로는 통상적인 물 또는 가소성 유기 결합제가 사용되고, 그양은 반죽하기에 바람직한 양으로, 통상적으로는 분쇄한 분말의 20 내지 40 중량%의 양으로 첨가하고, 바람직하게는 상기 가소성 유기 결합제로는 에틸 셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 이들의 유도체 및 이들의 조합물로 구성되는 군으로부터 선택 할 수 있다.

상기 성형체의 소성은 바람직하게는 800 내지 1200℃의 온도에서 8 내지 12시간동안 산소 또는 공기를 계속 공급하면서 수행된다.

또한 바람직하게는 열가소성수지로는 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 폴리염화비닐 등의 비닐수지, 폴리에스테르수지, 폴리아미드(나일론)수지, 아크릴(폴리 메틸 메타 아크릴레이트)수지, ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)수지 등이 사용되고, 그리고 열경화성수지로는 알키드수지, 에폭시수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지, 아닐린수지 등이 사용된다.

상기 단추의 제조 방법에 사용되는 원료들의 배합 조성비율은 다음과 같다 :

Ⅰ. 고형성분(중량 %)

1) 열경화성 또는 열가소성 수지 70 내지 85 %

2) 전분 10 내지 20 %

3) 이산화 티탄 0.05 내지 1 %

4) 안료 0.01 내지 1 %

5) 바이오 세라믹 1 내지 15 %

필요하다면,

6) 유리입자 1 내지 10 %

7) 형광 물질 1 내지 10 %

8) 방향성 물질 1 내지 10 %

Ⅱ. 시럽파트(중량 %)

1) 포름알데히드 40 내지 60 %

2) 요소 20 내지 30 %

3) 전분 10 내지 20 %

4) 암모니아 수 5 내지 10 %

상기 원료의 혼합 비율은 고형성분 대 시럽성분의 비가 7 : 3 내지 5 : 5이고, 바람직하게는 6 : 4 이다.

고형성분은 혼합기에서 30 내지 100 R.P.M.으로 12시간 동안 교반하고, 바람직하게는 혼합도 잘되고, 덩어리를 제거하기 위해 사기볼과 함께 교반하고, 혼합기에서 나온 기본 칼라는 플라스틱 통에 보관하고 2차 안료를 만들 때 사용한다.

시럽 및 전분의 제조는 두 단계로 구분되어 고압솥에서 자동적인 주기로서 수욕에 의한 가열 및 냉각시키면서 수행한다.

교반은 온도가 상승하여 과열되지 않도록 유지하면서 일정한 속도를 유지하여야 하고, 응결을 피하기 위해 전분(감자 전분)은 한번에 소량씩 가하고, 용해되지 않는 입자의 형성을 피하기 위해 시럽-전분의 온도가 70℃를 초과하지 않도록 해야 한다.

고형성분과 시럽의 혼합은 기본 칼라와 2차 색상을 혼합하여 원하는 색상을 만든다음 총량의 50 내지 60 중량%의 시럽을 믹서기에서 혼합하여 반죽한다. 이과정에서 색상과 무늬의 투명함을 얻기 위해 이산화티탄을 첨가한다.

건조는 40 내지 50℃에서 뜨거운 공기를 서서히 불어넣어 주면서 비교적 낮은 온도에서 진행하고, 건조 시간은 대략 20 내지 30 시간이고, 주변의 상대 습도, 펠릿의 습도, 두께 및 직경에 따라 건조 시간이 조절된다.

그밖에 절단, 압출, 몰딩, 연마 및 광택등의 공정은 이분야의 통상적으로 알려진 기술에 따라 처리한다.

이하 본 발명은 하기 실시예에서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 다음 실시예로 제한되지 않는다.

[실시예 1]

[바이오 세라믹 분체의 제조]

지르콘(ZrO₂·SiO₂복합산화물)과 합성한 MgO-Al₂O₃-TiO₂복합산화물의 형태를 갖는 광물을 볼밀 분쇄기로 8시간 분쇄하여 입도가 100 내지 200 메쉬 크기를 가진 분쇄 입자를 얻고, 여기에 에틸셀룰로오스를 분쇄 입자의 30중량%의 양으로 가하고 믹서기로 혼합한후 과립 형상으로 성형하였다. 그 다음에 소성로내에 공기를 계속 불어넣어 주면서 1200℃로 10시간 가열하여 과산화물 형태의 과립상 소결체를 얻었고, 이를 제트밀 분쇄기로 3시간 분쇄하여 0.5㎛ 이하의 크기를 갖는 결합된 과산화물형태의 바이오 세라믹 분체를 얻었다.

[고형 성분의 제조]

요소수지 25Kg, 전분 7Kg, 이산화티탄 0.12Kg, 안료 0.02Kg 및 상기 실시예 1에서 얻은 결합된 바이오 세라믹 분체 1.2Kg를 30 내지 50 R.P.M.으로 회전시켜 색소의 분포가 고르게 퍼질때까지 약 12시간 동안 교반하였다.

이때 모든 기본 색깔에 대한 회전 시간은 항상 동일 하여야 하며 그렇지 않은 경우 색소의 분포가 고르지 못해 기본 색체의 강도가 변할 수 있다. 교반전에 상기 성분에 부가하여 최종 제품의 사용 목적에 따라 유리입자 0.20Kg, 형광 물질 0.15Kg 또는 방향성 향료 물질 0.10Kg을 분말로 가할 수도 있다. 채색된 분말은 건조한 곳에서 밀폐된 용기에 보관 되어야 한다.

[시럽파트의 제조]

고압솥에 포름알데히드 25Kg을 넣고 교반을 시작한 다음 암모니아수 3Kg, 요소 12.5Kg 및 전분 7Kg을 가한다. 이 작업은 냉각 상태를 유지하면서 행하고, 전분은 응결을 피하기 위해 한번에 소량씩 가한다. 아울러 용해되지 않은 입자의 형성을 피하기 위해 시럽의 온도가 70℃를 초과하지 않도록 해야 한다. 시럽-전분의 최종적인 pH는 7.0 내지 8.0 이 바람직하다.

[혼합 및 그밖의 공정]

혼합된 파우더 고형 성분 28Kg과 시럽 18Kg을 믹서기에서 혼합 반죽하여 롤링(Rolling) 등의 공정을 거쳐 압출 절단(cutting)에 편리하도록 원통형태로 제조된다. 이과정에서 색상을 투명하게 하거나 또는 무늬를 투명하게 하기 위해 이산화 티탄을 첨가할 수 있다. 혼합 시간은 원료에 따라 조금씩 다르나 보통 20분 내지 30분간 지속된다. 그밖의 혼합한 원료를 조립하여 모양을 내는 도면 작업, 절단 작업 및 건조 작업등은 이분야에 당업자에게 잘알려진 통상적인 방법을 이용하여 수행할 수 있다.

하기 실시예 2 내지 6은 상기와 같은 방법으로 출발 광물을 각 실시예의 다음 광물로 치환하여, 여기에 인공 광물로 K₂O, CaO, MgO 또는 ZnO중에서 선택된 어느 하나를 갖는 광물을 추가하여 각각의 성분으로 구성되는 바이오 세라믹 분체를 얻었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 유사한 방법으로 출발 천연 광물 및 인공 광물로 지르콘(ZrO₂·SiO₂), MnO₂, 큐빅 ZrO₂및 CaO를 사용하여 반복 실시하였다.

[실시예 3]

상기 실시예 1과 유사한 방법으로 출발 천연 광물 및 인공 광물로 지르콘, 루타일(TiO₂), MgO-Al₂O₃-TiO₂복합산화물 및 CaO를 사용하여 반복 실시하였다.

[실시예 4]

상기 실시예 1과 유사한 방법으로 출발 천연 광물 및 인공 광물로 석영(SiO₂), 물라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 및 MgO를 사용하여 반복 실시하였다.

[실시예 5]

상기 실시예 1과 유사한 방법으로 출발 천연 광물 및 인공 광물로 코룬둠(Corundum)(Al₂O₃), 지르콘 및 MgO를 사용하여 반복 실시하였다.

[실시예 6]

상기 실시예 1과 유사한 방법으로 출발 천연 광물 및 인공 광물로 알루미늄 티타네이트(Al₂O₃·TiO₂) 및 CaO를 사용하여 반복 실시하였다.

[실시예 7]

상기 실시예 1에서 요소수지 대신에 나일론(폴리아미드)수지로 치환하여 동일한 방법으로 반복 실시하였다.

[실시예 8]

상기 실시예 1에서 요소수지 대신에 아크릴수지로 치환하여 동일한 방법으로 반복 실시하였다.

[실시예 9]

상기 실시예 1에서 요소수지 대신에 ABS수지로 치환하여 동일한 방법으로 반복 실시하였다.

[비교예 1]

제조된 단추의 물성을 비교 실험하기 위해서, 상기 실시예 1에서 얻어진 바이오 세라믹 분체를 제외하고 고형 성분을 제조하였고, 나머지 공정은 실시예 1과 동일하게 반복 실시하였다.

본 발명의 방법에 따라 성형된 실시예 1, 3 및 5의 바이오 세라믹 분체를 함유하는 최종 제품과 비교예의 방법을 따라 제조한 제품의 물성은 다음표 1로 나타내었다.

살균 실험은 곰팡이균이 발생할 수 있는 영양 물질로 오염된 옷감을 상온에서 상대 습도 60 내지 70%를 유지하는 실내에서 본 발명의 바이오 세라믹 단추와 비교예의 단추를 각각 2주일간 접촉시켜 실시하였다.

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1, 3 및 5의 바이오 세라믹 단추는 종래 기술에 의해 제조한 비교예 1의 단추와 비교하여 높은 굴절 강도 및 압축 강도를 갖고 있고, 특히 비교예 1의 단추에서 관찰 할 수 없었던 탁월한 곰팡이 살균 및 억제 효과를 갖고 있다.

더욱이 본 발명은 상기 효과에 추가하여, 사용 목적에 따라 유리입자 방향 및/또는 형광 물질을 부가하여 추가 효과를 얻을 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이들 실시예로 제한되지 않고, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재한 범위내에서 이분야의 통상의 지식을 가진자에 의하여 다양한 변형이 가능하다.

Claims (7)

1) SiO, FeO, Al₂O₃, TiO, CaO, BeO, ZrO₂, MgO 및 이들의 동족체중의 적어도 2종 이상을 함유하는 천연 또는 인공 광물로 이루어진 복합 광물을 100내지 200메쉬의 크기로 분쇄하고; 2) 상기 1)의 분말에 물 또는 가소성 유기 결합제를 가하고; 3) 혼합기에서 혼합한후 일정한 형상으로 성형한후 산화 분위기하에서 상기 성형체를 고온으로 가열 소성하고; 4) 얻어진 소성체를 0.5㎛ 이하로 조분쇄하여 결합된 과산화물 형태의 바이오 세라믹 분체를 얻고; 5) 상기 분체를 열가소성수지 또는 열경화성수지, 안료, 이산화티탄 및 전분으로 구성되는 고형성분에 가하여 혼합하고; 6) 상기 5)의 혼합물을 포름알데히드, 암모니아수, 요소 및 임의로 전분으로 구성되는 시럽파트에 가하여 믹서기로 혼합하고; 그리고 7) 혼합물을 압출 및 절단후 건조시킴을 특징으로 하는 결합력이 강화된 바이오 세라믹 단추의 제조 방법.

제1항에 있어서, 복합 광물이 1. 지르콘(ZrO₂·SiO₂), MnO₂, 큐빅 ZrO₂;2. 지르콘, 루타일(TiO₂), MgO-Al₂O₃-TiO₂복합 산화물 ; 3. 석영(SiO2), 몰라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) ; 4. 지르콘, MgO-Al₂O₃-TiO₂복합 산화물 ; 5. 코룬둠(Corundum)(Al₂O₃), 지르콘 또는 6. 알루미늄 티타네이트(Al₂O₃·TiO₂) 로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.

제1항에 있어서, 가소성 유기 결합제가 에틸 셀룰로오스, 셀룰로오스 에스르, 이들의 유도체 및 이들의 조합물로 구성되는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.

제1항에 있어서, 열가소성수지가 비닐수지, 폴리에스테르수지, 폴리아미드수지, 아크릴수지 및 ABS수지로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.

제1항에 있어서, 열경화성수지가 알키드수지, 에폭시수지, 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지 및 아닐린수지로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.

제5항에 있어서, 열경화성수지가 요소수지임을 특징으로 하는 방법.

제1항에 있어서, 바이오 세라믹 분체에 유리입자, 형광 또는 방향성 물질을 부가함을 특징으로 하는 방법.