KR100551979B1 - 고농도 은 콜로이드의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농도 은 콜로이드의 제조 방법에 관한 것으로, 은괴를 질산에 녹여 은 이온 수용액을 만들고 이 용액에 환원제 및 계면활성제를 첨가하여 입자 크기가 미세하며 균일한 고농도의 은 콜로이드를 제조한다. 이렇게 제조된 본 발명에 따른 은 콜로이드는 광범위한 용도로 사용될 수 있다.

은 콜로이드, 항균제, 전자파 차폐, 자외선 차단

Description

고농도 은 콜로이드의 제조 방법{Method for preparing high concentration silver colloid}

도 1은 본 발명에서 제조한 은괴를 녹인 은 이온 수용액과 은 콜로이드의 자외-가시광선 투과율을 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명에서 제조한 은 입자의 입자 크기 분포를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 은 콜로이드의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 입자 크기가 미세하며 입자 분포가 균일하여 광범위한 용도로 사용할 수 있는 고농도 은 콜로이드의 제조방법에 관한 것이다.

은 콜로이드의 제조방법은 전기적인 방법, 화학적인 방법, 분쇄법이 있고 이들 콜로이드의 품질은 보통 색깔로 구분하며 가장 이상적인 색깔은 금색(golden yellow)으로 알려져 있다. 그리고 입자의 활용기술에서 입자의 크기가 미세단위(300 nm이하)로 작게 되면 입자의 물성 및 성능이 입자 크기가 마이크로 미터 크기 이상인 경우와는 매우 다르게 된다. 이는 입자의 표면 대 질량의 비율이 증가되어 단위 질량 당 표면적이 증가되어 입자의 성능이 향상되고 입자의 융점이 감소되는 등 물성이 변화되며 입자의 색상까지 크기에 따라 변화되는 등 큰 입자의 경우와는 다른 성질을 나타낸다.

또한 입자의 활용기술에서 입자를 작게 하는 것만큼 형성되는 입자의 크기를 균일하게 하는 것도 매우 중요하다. 입자의 크기가 불균일하면 각각의 입자마다 성능 및 물성이 다르므로 첨단분야에의 응용에 제한을 받게 된다. 일례로 입자형태의 소재는 촉매, 센서, 정보기록 매체 (자성체), 연마제, 항균 및 살균 입자, 의약용, 전자파 차단 목적, 디스플레이 분야 등 넓은 분야에 이용됨으로 입자의 크기를 작고 균일하게 제조하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

상기와 같이 제조되는 콜로이드 상태의 은이 가져야 할 물리적인 상태는 가능하면 은의 입자가 많을수록 좋고 그리고 은의 입자가 장기간 물속에서 브라운 운동을 계속하는 콜로이드 상태여야 하며 입자크기가 균일해야 한다는 것이다. 일반적으로 은 입자가 커짐에 따라 노란색, 붉은색, 보라색, 푸른색, 녹색, 검은색 순으로 변한다고 알려져 있다.

상기 방법 중 전기적인 방법은 고순도의 은 콜로이드를 얻을 수 있지만 고농도를 실현시키기 어렵고, 분쇄법은 입자크기와 분산, 분쇄 효율 등 여러 면에서 실현시키기 어렵다. 화학적인 방법은 제조 공정에서 발생하는 불필요한 음이온을 제거할 수 만 있다면 고농도를 실현시킬 수 있는 장점이 있어 산업용으로 응용이 가능하다.

이에 본 발명자들은 화학적인 환원방법으로 은 콜로이드를 제조하는 방법을 연구하면서, 금속염 대신 은괴를 사용하면 이온의 발생을 억제할 수 있고, 계면활 성제의 사용을 통해 은 입자의 성장을 억제하고, 환원제의 양과 농도 및 반응조건을 조절하여 입자의 크기를 제어할 수 있어, 결과적으로 고농도, 고순도로 입자 크기가 미세하고 균일한 은 콜로이드를 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 화학적인 환원 방법으로 고농도, 고순도의 나노 미터 크기의 노란색 은 콜로이드를 만드는 것이다. 여기에 입자의 크기를 최대한 제어하여 균일한 크기의 콜로이드의 획득과 경제적인 제조 공정, 응용 시 다른 고분자 막이나 다른 매개체내에 분산성을 향상시켜 입자의 성능을 극대화 시키는 것을 실현하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 질산 수용액에 은괴를 용해시켜 은 이온 수용액을 제조하는 단계; 및 상기 용액에 환원제 및 계면활성제를 첨가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 크기가 미세하고 균일한 고농도 은 콜로이드의 제조방법을 제공한다.

상기에서 환원제는 입자 크기를 제어할 수 있는 순수에 4 내지 8배 희석된 물유리를 사용하는 것이 바람직하며, 물에 희석된 물유리(3종)를 사용하는 경우 은 이온 용액에 대해 1 내지 3중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기에서 계면활성제로는 비이온성, 양이온성, 음이온성, 양쪽성의 탄화수소계, 실리콘계, 및 플루오르카본계 중에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 폴리비닐피롤리돈이다. 또한, 계면활성제의 첨가량은 0.1 내지 0.5중량%의 범위내인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 이온을 발생시킬 수 있는 금속 염을 사용하는 대신 은괴를 질산 용액에 녹여 은 이온 수용액을 사용한다. 상기 은 이온 수용액은 질산 수용액, 바람직하게는 질산 10 내지 20% 수용액에 은괴를 담그고 80 내지 120℃, 바람직하게는 100℃로 가열하면서, 물을 보충하는 작업을 반복한다. 여기서, 은이 포화된 후의 농도는 15 내지 30중량%이며, 바람직하게는 20중량%이다.

선택적으로, 상기 은 이온 수용액은 목적에 따라 원하는 농도로 희석할 수 있다.

상기 은 이온 수용액에 환원제와 계면활성제를 첨가한다. 여기서, 환원제와 계면활성제는 이들을 혼합하여 만든 용액으로서 서서히 첨가하는 것이 바람직하고, 첨가와 함께 노란색의 은 콜로이드가 만들어진다.

본 발명에 사용하는 환원제로는 물유리를 순수로 희석해서 사용하는 것이 바람직하고, 물유리를 사용함으로써 입자 크기의 제어가 가능하다. 물유리의 양과 농도에 따라 입자의 크기 및 크기 분포가 다른 미세입자를 제조할 수 있다. 물 유리는 4 내지 8배로 희석하여 사용될 수 있으며, 희석하지 않은 상태로 또는 고농도로 물유리를 사용하여 환원 반응이 급격히 일어나서 국부적인 입자화가 일어나기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 물유리의 사용량이 많아질수록 입자가 커지고 침전이 일어나기 때문에, 4배 희석된 물유리는 은 이온 수용액에 대해 1 내지 3중량% 의 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 은 콜로이드의 평균 입자의 크기는 약 40 내지 60nm로 미세하고 노란색을 띠며 계면활성제를 사용하지 않을 경우 시간이 경과함에 따라 어두운 색으로 변색하고 입자가 커질 수 있다. 이와 같은 입자의 성장을 막기 위해 은 입자 표면에 고분자 화합물을 흡착시켜 입자의 성장을 막기 위해 계면활성제를 사용한다. 일반적으로 계면활성제로는 비이온성, 양이온성, 음이온성, 양쪽성의 탄화수소계, 실리콘계, 플루오르카본계 등이 주로 사용되고, 바람직하게는 폴리비닐피롤리돈이다. 계면활성제의 첨가량은 0.1 내지 0.5중량%가 바람직하며, 0.1중량% 미만으로 사용되는 경우 계면활성제로서의 효과가 떨어지고, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 은 콜로이드 용액에서 거품과 은 화합물을 만들 가능성이 있어 바람직하지 않다.

또한 상기 은 콜로이드는 범용적으로 사용하기 위해 pH를 중성으로 제어하는 것이 바람직하다.

이렇게 제조된 은 콜로이드를 수분산 폴리우레탄, 수분산 아크릴 등의 수용성 고분자 기지에 분산시킨 항균 및 살균성, 연마성, 대전방지성, 전자파 차단성, 자외선 차단성, 방충성, 감광성 및 탈취성을 갖는 필름을 제조할 수 있다.

또한, 은 콜로이드를 도포하여 제조된 은 콜로이드의 기능성이 부여된 유리, 금속 및 세라믹을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 은 콜로이드로 된 표면 증강 라만 산란(Surface Enhanced Raman Scattering Spectroscopy, SERP)용 증강제, 잉크의 활성부분의 첨가제, 또는 다양한 전기 제품에 들어가는 전도성 접착제를 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1

질산 10% 수용액 500㎖에 은괴 200g을 담그고, 100℃로 가열하고, 물을 보충하는 작업을 반복하여, 은이 포화된 은 이온 수용액을 제조하였다. 이때 은의 농도는 22중량%였다. 이어서, 은 이온 수용액을 물로 희석하여 10,000ppm, 100㎖로 제조하였다. 순수 3차 증류수에 물유리(3종)를 4배 희석한 용액 1㎖와 계면활성제로서 폴리비닐피롤리돈 1% 수용액 1㎖을 혼합한 후 이 용액을 상기에서 얻은 은 이온 수용액 100㎖에 교반하면서 천천히 첨가하여 노란색의 은 콜로이드를 만들었다.

시험예 1

실시예 1에 의해 제조된 은 콜로이드의 입자 생성을 확인하기 위하여 은괴를 질산에 단순히 녹인 은 이온 수용액(AgNO₃)과 본 발명에 따라 제조된 은 콜로이드의 자외-가시광선 투과율을 조사하여, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 또한, 은 콜로이드의 입자크기는 PSA를 이용하여 측정하였고, 그 결과는 도 2에 나타내었다.

도 1에 나타난 바와 같이 은괴를 녹인 은 이온 수용액에 나타나지 않았던 은 콜로이드 입자표면에 대한 흡수가 410㎚에서 일어났고, 이는 은 입자의 생성을 나 타낸다. 또한, 도 2에 나타난 바와 같이 이들의 평균 입자 크기는 50nm정도로 측정되었다.

본 발명의 효과로는 은 콜로이드를 경제적이고 간단한 제조공정을 통해 대량으로 제조할 수 있으며, 형성되는 입자의 크기가 미세하고, 크기분포가 균일하여 광범위한 분야, 특히 첨단분야에 응용할 수 있다.

입자의 성능이 우수하고, 입자의 크기가 적으므로 고분자 필름에 분산 시 필름의 외형이 투명 또는 반투명 상태를 유지하고, 계면 활성제와 기타 안정제를 함께 이용함으로써 미세 은 입자의 성능을 장기간 유지할 수 있다.

Claims (4)

1. 질산 수용액에 은괴를 용해시켜 은 이온 수용액을 제조하는 단계; 및

   상기 용액에 환원제 및 계면활성제를 첨가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자크기 및 입자분포의 제어가 가능한 고농도의 은 콜로이드 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 환원제로는 물에 희석된 물유리를 1 내지 3중량% 사용하는 것을 특징으로 하는 은 콜로이드의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 계면활성제로는 비이온성, 양이온성, 음이온성, 양쪽성의 탄화수소계, 실리콘계, 및 플루오르카본계 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 은 콜로이드 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 계면활성제의 첨가량은 0.1 내지 0.5중량%인 것을 특징으로 하는 은 콜로이드 제조방법.

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