KR100530791B1

KR100530791B1 - 항균성 금속물의 제조방법

Info

Publication number: KR100530791B1
Application number: KR1019980708528A
Authority: KR
Inventors: 게이지로 시게루; 요시토모 이노우에; 야스유키 아와노; 다카코 야자와
Original assignee: 스미토모 오사카 시멘트 가부시키가이샤
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2006-03-23
Also published as: DE69814321D1; DE69814321T2; HK1018632A1; WO1998038349A1; EP0926256B1; KR20000065000A; EP0926256A1; EP0926256A4; JPH10237643A

Abstract

은 제품과 같은 정도의 항균성을 갖는 은 제품이외의 항균성 금속물은 0.5 내지 10,000ppm 농도의 은원자를 금속표면층에 분산하고 이것을 표면에서부터 표면층으로 확산시킴으로써 효과적이고 경제적으로 제조할 수 있다.

Description

항균성 금속물의 제조방법{METHOD OF PRODUCTION OF ANTIBACTERIAL HARDWARES}

본 발명은 금속물 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히 우수한 항균성을 갖는 금속물 및 그것의 경제적인 제조방법에 관한 것이다.

본 명세서중에 사용된 용어 "항균성"은 "방진균성" 및 "방조성(antialgal)"을 포함한다.

종래의 금속물은 위생성 및 청결성이 요구되는 각종 유형의 도구에 사용되어 왔다. 그 이유는 세정 및 살균처리에 대한 내성 뿐만 아니라 금속 자체가 미량독(oligodynamic) 효과로 공지된 항균작용을 갖는다는 사실 때문이라고 생각된다.

수은(Hg), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 철(Fe), 몰리브덴(Mo) 등의 미량독 효과는 공지되어 있고 이들중에서 수은 및 은이 매우 우수한 미량독 효과를 갖고 있다.

그러나, 수은은 실온하에서의 그 액체상태 때문에 금속물로서 사용될 수 없으며, 은은 금속물로서 사용될 수 있지만, 고가이며 흑화되기 쉽고 연질이어서 그 이용범위가 제한되는 문제가 있었다. 다른 금속은 은보다 약한 항균성을 나타냈다.

본 발명은 종래 기술의 이들 문제점의 견지에서 완성되었고, 이것을 해결하기 위한 구체적 방법은 은 이외의 금속에 은 금속과 같은 정도의 항균성을 부여하여 얻어지는, 보다 경제적으로 제조될 수 있는 항균성 금속물 뿐만 아니라 그 제조방법도 제공하는 것이다.

발명의 개시

본 발명의 제 1 항에 기재된 항균성 금속물은 은원자가 0.5-10,000ppm 농도로 금속물 표면부에 확산되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 항균성 금속물에 있어서, 금속물 표면부에서의 은원자-확산부는 두께가 바람직하게는 30μm 이하이다.

본 발명에 따른 항균성 금속물에 있어서, 은원자는 은, 은합금 또는 은화합물의 일부가 금속물 표면에 노출되도록 금속물 표면부에 분산되어 있다.

본 발명의 항균성 금속물의 제조방법 (1)은 은원자를 금속물 표면에서부터 금속물 표면부로 확산시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 항균성 금속물의 제조방법 (2)는 은원자를 금속물 표면부로 이온주입하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 항균성 금속물의 제조방법 (1) 및 (2)는 표면부의 일부를 연속적으로 제거하는 것을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 항균성 금속물의 구체예에서 은원자의 분포상태를 도시하는 단면도이다.

도 2는 실시예 1에 기재된 스테인레스강 가위의 구체예에서 은원자 농도분포를 도시하는 그래프이다.

도 3은 실시예 2에 기재된 강 블레이드의 구체예에서 은원자 농도분포를 도시하는 그래프이다.

이제 본 발명의 구체예를 상세하게 설명할 것이다.

그러나, 하기하는 구체예는 본 발명의 보다 나은 이해를 위해 구체적으로 설명하는데 사용되도록 의도되고, 특히 지정되지 않는 한 본 발명의 내용을 한정하지 않는다.

[항균성 금속물]

도 1에 도시된 바와같이, 본 발명에 따른 항균성을 갖는 금속물(1)은 은원자(2)가 0.5-10,000ppm의 은 농도로 그 표면부중에 확산되어 있어 표면(3)에서 농도가 가장 높고 내부로 진행될수록 농도가 감소되어, 은원자(2)는 실질적으로 금속물 표면에서 5-30μm 범위의 깊이까지에서만 검출되며, 은원자(2) 함유 금속 은, 은합금 또는 은화합물이 표면(3)에 노출된다.(본 명세서에서, "은원자"는 "금속 은" 뿐만 아니라 은합금 및 은화합물의 은원자로도 언급된다.)

금속표면부의 은 농도가 10,000ppm보다 크면, 금속물(1)의 강도 또는 내식성의 변화가 심해지고, 반면 0.5ppm 미만의 농도는 금속물 표면전체에 대한 항균성의 충분히 유용한 레벨을 유지하는 것을 불가능하게 한다.

항균 성분으로 사용되는 은원자(2)가 표면에서 30μm 미만의 깊이까지 분포되어 있다면, 이들 은원자(2)는 금속 표면의 항균성의 강약에 거의 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 마모량이 많은 금속물에 대해서는 은의 내부로의 확산이 클수록 금속 표면의 마모로 인한 항균성 감소가 최소로 된다.

항균성이 부여되는 금속은 특히 제한되지 않고, 예로는 철, 스테인레스강, 알루미늄합금 등을 들 수 있고, 이들은 니켈, 크롬, 주석, 아연, 알루미늄 등으로 플레이팅될 수 있고, 이것은 은보다 약한 미량독 효과를 갖는 금속이다.

본 발명에 따른 항균성 금속물이 우수한 항균성을 갖기 때문에 이들은 고 항균성이 요구되는 금속물의 각종 유형으로서 사용될 수 있으며, 병원용기구(가위, 겸자, 바늘, 메스, 핀셋, 보울 등), 주방기구(그릇 건조대, 여과기, 싱크삼각코너등), 식기(컵, 접시 등), 건재용기구(난간, 문손잡이, 욕조통, 금구 등), 블레이드(주방용 칼, 일반용도의 칼, 커터, 톱 등), 공업용재료(탱크, 용기 등), 핸들 등에 사용된 것을 포함한다.

상기한 방식으로 항균성이 부여된 본 발명의 금속물(1)은 은원자(2)가 금속물의 표면부에만 확산되어 있기 때문에, 은, 은합금 또는 은화합물의 사용량이 절약될 수 있고, 주 금속물의 특성에 대해 실질적으로 역효과가 없으며 금속물(1)의 표면(3)이 일부 마모되더라도 표면부내부의 은원자(2)가 표면에 나타나서 그 항균성을 발휘하기 때문에 항균성이 감소되지 않는다.

항균성이 부여된 이 금속물(1)은 은원자(2)의 항균성을 유지하여 은을 적게 사용하여도 효과적으로 항균성을 발휘할 수 있고, 이것이 저가가 되게 한다.

[제조방법]

본 발명에 따른 항균성 금속물의 제조방법 (1)은 금속물 표면에서부터 금속물 표면부의 내부로 은원자가 확산되는 것으로 이루어진다.

은원자의 확산은, 예를들면 다음 방법중 어느 한가지로 달성될 수 있다.

(1) 은, 은합금 또는 은화합물을 포함하는 은원자 함유 코팅층을 금속물 표면위에 형성하고 주 금속물이 역효과를 일으키지 않는 온도, 예를들면 100-1200℃에서 열처리를 행한다.

(2) 은, 은합금 또는 은화합물을 포함하는 은원자 함유 코팅층을 금속물 표면위에 형성하고 가압하면서 주 금속물이 역효과를 일으키지 않는 온도, 예를들면 100-1200℃에서 열처리를 행한다.

은원자의 확산단계 이전에, 바람직하게는 은원자 함유 코팅층으로 코팅될 금속물의 표면을 완전히 세정하여 오염물을 제거한다. 또한, 항균처리전에 금속물 표면을 에나멜링, 플레이팅 등으로 전처리할 수 있다.

은, 은합금 또는 은화합물을 포함하는 은원자 함유 코팅층을 금속물 표면위에, 예를들면 코팅액의 코팅방법 또는 증착, CVD, 이온 플레이팅, 스퍼터링, 화염분무코팅, 플레이팅 등으로 형성할 수 있다.

코팅액은 은, 은합금 또는 은화합물의 미립자를 물 또는 셀로솔브와 같은 유기용매에 분산 또는 용해하고 금속물 표면의 습식성을 개선하는데 바람직한 계면활성제와 혼합함으로써 제조된다. 은화합물의 예로는 시트르산은 및 락트산은과 같은 유기 은화합물 및 염화은, 황화은, 산화은 및 황산은과 같은 무기 은화합물을 들 수 있다.

코팅액중의 은과 같은 항균성분의 농도는 바람직하게는 은원자로 환산하여 0.01-10wt%이고, 농도가 0.01wt% 미만이면 충분한 항균성이 달성될 수 없고, 반면 10wt%를 초과하면 항균성분의 융착막이 금속물 표면위에 형성될 것이기 때문에 오염물이 잔류하게 되는 기회가 증가된다.

콜로이드와 같은 코팅액중의 은 또는 다른 항균성분의 입경은 10μm보다 크지 않고, 바람직하게는 0.1μm보다 크지 않고 이것은 금속물 표면부의 내부로의 우수한 확산성을 달성한다는 관점에서 가장 바람직하다. 코팅액의 코팅방법에는 제한이 없으며, 예를들면, 브러쉬코팅, 디핑, 스프레잉 등이 사용될 수 있다.

열처리 방법은 특히 제한되지 않으며, 저항가열, 역류유도가열 및 금속물 자체의 전기가열의 저항 방법중에서 적당히 선택될 수 있다. 은원자 함유 코팅층은 CVD, 스퍼터링, 화염분무코팅 또는 유사한 적층법을 사용하여 형성되고, 기질(금속물)을 가열상태에서 처리하는데 상기한 100-1200℃의 온도에서의 열처리가 항상 필요한 것은 아니다.

열처리 분위기는 특히 제한되지 않지만, 예를들면 아르곤 분위기와 같은 비산화 분위기의 사용이 금속물에 대한 가능한 효과를 제거하는데 바람직하다.

열처리 시간은 금속물의 성질 및 은원자의 확산깊이에 의해 결정되지만 통상 수분 내지 약 100시간이다. 예를들면, 스테인레스강의 경우에는 380℃의 열처리 온도에서는 약 1시간이면 되고 820℃에서는 20-40분이면 된다.

열처리 단계는 금속물의 제조방법 동안에 사용된 열처리 단계와 동일할 수 있다. 예를들면, 은, 은합금 또는 은화합물이 어닐링, 템퍼링 등에 의해 열처리단계 이전에 금속물 표면위에서 프리코팅된다면, 이 열처리 단계는 항균금속물의 열처리 단계로서 사용될 수 있다.

은원자는 열처리와 함께 하는 가압처리에 의해 금속물 표면부에 확산될 수 있다.

가압은 롤가압, 정수압 프레스, 오토클레이브 처리 등으로 달성될 수 있다.

본 발명의 항균성 금속물의 제조방법 (2)는 은원자의 금속물 표면부로의 이온주입으로 이루어진다.

이온주입에서, 은, 은합금 또는 은화합물을 은원자의 이온화를 위해 가열증발시키고, 다음에 내부 주입을 위해 10-100 eV로 가속화하여 금속물 표면으로 조사한다.

은이온의 주입율은 약 10¹³-10¹⁷ 이온/cm²일 수 있고, 이것은 금속물 표면부에서의 0.5-10,000ppm의 은원자 농도를 제공한다.

은원자의 금속물 표면부로의 보다 깊은 확산을 위해, 이온주입 다음에 주 금속물에 영향을 주지 않는 온도에서 열처리하는 것이 필요할 수 있다. 또한, 모든 오염물을 제거하기 위해 은원자의 주입 전에 적절히 세척할 금속물의 표면을 처리하는 것이 바람직하다. 항균처리전에, 또한 금속물의 표면을 에나멜링, 플레이팅 등으로 전처리할 수도 있다.

은 또는 다른 항균성분의 융착막을 형성하거나 또는 금속물의 열처리 또는 이온주입후에 금속물 표면에 불순물이 잔류하게 되는 경우에, 표면을 염산, 질산 또는 황산과 같은 강산으로 산세척할 수 있고, 또는 금속물 표면을 상기한 융착막 또는 불순물을 제거하기 위해 1-2μm 범위의 깊이로 연마할 수 있다.

은원자가 금속물 표면부내로 확산되기 때문에, 표면부의 최상부가 제거되더라도 항균성이 감소되지 않아 원래의 만족스런 항균성이 발휘될 수 있다.

다음은 항균성이 있는 금속물의 구체적인 실시예이다.

실시예 1. 항균성 스테인레스강 가위

은화합물 분산액을 락트산은의 0.5% 내지 1% 수용액에서 시중 구입가능한 계면활성제를 가하여 제조하였다. 스테인레스강 가위를 은원자로 환산하여 0.01g/cm²으로 은화합물 분산액의 부착을 위해 이 분산액에 침지하고, 실온에서 건조시킨 후에 가위를 30분동안 400℃의 온도에서 열처리하고 다음에 5% 염산으로 산세척하여 항균성 스테인레스강 가위를 얻었다.

항균성 스테인레스강 가위의 표면부에서의 은의 확산 상태를 GDMS(글로 방전질량 분석법)로 분석하고 최상부 표면에서 2000ppm의 은원자의 존재를 확인하고, 또한 약 20μm의 깊이까지 은원자의 존재를 확인하였다. 도 2는 항균성 스테인레스강 가위의 표면부에서의 은원자 분포상태를 도시한다.

실시예 2. 항균성 강 블레이드

강 블레이드의 표면위에 은 박막(0.01μm 두께)을 스퍼터링으로 형성한 후에, 블레이드를 1분동안 900℃의 온도에서 열처리하고, 다음에 블레이드의 최상부 표면을 약 2μm의 깊이로 연마하여 항균성 강 블레이드를 얻었다.

항균성 강 블레이드의 표면부에서의 은의 확산상태를 GDMS로 분석하고 최상부 표면에서 200ppm의 은원자의 존재를 확인하고, 또한 약 10μm 깊이까지 은원자의 존재를 확인하였다. 도 3은 항균성 강 블레이드의 표면부에서의 은원자 분포상태를 도시한다.

실시예 3. 항균성 니켈-크롬 플레이팅된 핸들

은원자를 표면위에 니켈-크롬 플레이팅을 갖는 주철 핸들의 표면으로 이온주입하고, 이것을 5% 염산으로 산세척하여 항균성 니켈-크롬 플레이팅된 핸들을 얻었다.

항균성 니켈-크롬 플레이팅된 핸들의 표면부에서의 은의 확산상태를 GDMS로 분석하고 최상부 표면에서 50ppm의 은원자의 존재를 확인하고, 또한 약 10μm의 깊이까지도 은원자의 존재를 확인하였다.

실시예 1-3의 금속물 제품의 항균성 평가

실시예 1-3에서 얻은 금속물의 항균성을 실버 앤드 아더 인오가닉 안티마이크로바이알 에이전트 리서치 그룹에 의해 확립된 필름 밀착시험으로 평가하였다.

결과는 표 1에 나타낸다.

필름 밀착시험의 기본 방법은 다음과 같다. "각 제조물은 1/500의 농도로 희석된 보통 부용(bouillon)을 함유하고 약 10⁵cfu/ml의 균농도를 갖고, Escheri-chia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Bacillus pneumoniae, Salmonella 및 Pseudomonas를 함유하는 상이한 균용액을 25cm²당 0.5ml의 양으로 각 시료에 접종하고 시료와 동일한 형상의 폴리에틸렌 필름을 균용액 위에 놓았다.

24시간 동안 35℃의 온도에서 균을 배양한 후에, 생존 세포수를 한천평판법으로 측정하였다.

항균성 시험결과

	항 균 성
시료	E.coli	Staphyl.aureus	Bacillussubtilis	Bacilluspneumoniae	Salmonella	Pseudomonas
실시예 1미가공품항균가공품	1.4×10⁷5>	3.8×10⁵5>	6.1×10⁷5>	2.2×10⁷5>	4.1×10⁷5>	6.3×10⁷5>
실시예 2미가공품항균가공품	2.6×10⁷5>	1.5×10⁵5>	4.4×10⁷5>	2.8×10⁷5>	5.5×10⁷5>	6.6×10⁷5>
실시예 3미가공품항균가공품	4.4×10⁵5>	5.2×10⁴5>	3.5×10⁷5>	3.5×10⁷5>	5.6×10⁷5>	5.2×10⁷5>
주: 5>는 세포수가 5미만인 것을 나타낸다. 단위는 cfu/ml이다.

표 1에 분명하게 나타낸 바와 같이, 시험한 모든 균종은 본 발명에 따른 항균성 금속물에 대해 생존 세포수가 5 미만이므로 그 명확한 차이가 미가공품과 비교하여 확인되었다.

본 발명에 따른 항균성 금속물은 금속물 표면부에서 0.5-10,000ppm 농도의 은원자의 확산에 의해 적절한 항균성을 발휘할 수 있다. 따라서 그러한 금속물로 제조한 도구 및 기구는 그러한 도구 및 기구에 필요한 만족스런 위생성 및 청결성 레벨을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 항균 금속물의 금속 표면부에서의 은원자 확산층의 두께가 30μm 이하이면, 금속물은 은 사용량은 적지만 필요한 항균성을 제공할 수 있고, 은 사용량의 감소로 비용도 절약될 것이다.

더욱이, 본 발명의 항균성 금속물의 금속물 표면부에서의 은, 은합금 또는 은화합물의 일부를 금속물 표면을 통해 노출시킴으로써, 주 재료의 특성을 감소시키지 않고 효과적인 항균성을 발휘하는 것이 가능하고 항균성 금속물은 소량의 은을 사용하여도 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 항균성 금속물의 제조방법 (1)에 따르면, 은원자는 금속물 표면에서부터 금속물 표면부의 내부로 확산되고 소량의 은을 사용해서 영구적인 항균성 금속물을 제조할 수 있으며, 또한 항균성 금속물의 비용도 낮아진다.

더욱이, 본 발명의 항균성 금속물의 제조방법 (2)에 따르면, 은원자를 금속물 표면부로 이온주입하여 효과적인 항균성을 매우 적은 양의 은을 사용하여 제공할 수 있고, 이로써 항균성 금속물에 대한 제조비용이 효과적으로 감소될 수 있다.

더욱이, 본 발명의 항균성 금속물의 제조방법 (1) 및 (2) 둘다에서, 표면부의 일부의 연속적인 제거는 그 항균성은 감소시키지 않으면서 항균성 금속물의 표면에 형성되는 융착막 및 불순물을 효과적으로 제거하게 한다.

본 발명에 따른 항균성 금속물 및 제조방법으로 우수한 장기 영속의 항균성을 갖는 금속물을 효과적이고 경제적으로 제공할 수 있다.

Claims

1. (1) 금속물의 표면을 은 미립자, 은 합금 또는 은 화합물을 포함하는 코팅액으로 코팅하는 단계; (2) 코팅된 코팅액 층을 가열하여 이 코팅액 층을 건조시키고 건조된 코팅층에 있는 은 원자를 금속물의 표면에서 금속물의 내부로 확산시키는 단계; 및 (3) 은 원자-확산 금속물의 최외각 표면부를 제거하여 0.5 내지 10,000ppm의 은 원자 농도를 갖는 은 원자-확산 금속물의 새로운 표면을 노출하는 단계를 포함하는 항균성 금속물의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 은 원자가 금속물의 표면으로부터 5 내지 30㎛의 깊이로 확산되도록 가열 단계를 제어하는 것을 특징으로 하는 항균성 금속물의 제조방법.

제 1 항에 있어서, 제거 단계 (3)에서 은 원자-확산 금속물의 표면을 강산으로 산-세정하거나 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 항균성 금속물의 제조방법.