KR100717264B1

KR100717264B1 - 다기능성 세라믹 조성물

Info

Publication number: KR100717264B1
Application number: KR1020050078125A
Authority: KR
Inventors: 김수환
Original assignee: 신아에이티(주)
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-05-15
Also published as: KR20070023852A

Abstract

본 발명은 다기능성 세라믹 조성물로서, 보다 상세하게는 탈취, 향균, 환원활성화, 원적외선방사, 친수성 등 매우 유용한 기능을 나타내며, SiO₂ 50~60 중량%, Na₂O 13~16 중량%, B₂O₃ 1.4~1.7 중량%, Li₂O 0.3~0.5 중량%, CaO 4~6 중량%, Al₂O₃ 1.7~2.2 중량%, P₂O₅ 0.005~0.01 중량%, TiO₂ 0.5~1 중량%, ZnO 0.5~1 중량%, K₂O 0.02~0.04 중량%, Fe₂O₃ 5~6 중량%, MgO 12~15 중량%, MnO 0.05~0.1 중량%로 이루어진 다기능성 세라믹 조성물에 관한 것이다.

이에 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물은 암모니아 탈취효율이 상당히 높을 뿐만 아니라, 대장균 및 녹농균의 살균효율도 뛰어나고, 물의 환원활성화 정도도 우수하며, 일반 유리조성물보다 원적외선방사효율이 매우 높다. 또한, 본 발명에 따른 제품은 친수성이 뛰어나 각종 제품으로도 우수한 기능을 발현할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물은 음이온 방출량이 아주 많아 연소효율을 높일 수 있는 탁월한 효과를 안출한 것이다.

세라믹, 원적외선, 음이온, 항균, 탈취

Description

다기능성 세라믹 조성물{The multifuntional components of ceramics}

본 발명은 다기능성 세라믹 조성물로서, 보다 상세하게는 탈취, 항균, 환원활성화, 원적외선방사, 친수성 등 매우 유용한 기능을 나타내며, SiO₂ 50~60 중량%, Na₂O 13~16 중량%, B₂O₃ 1.4~1.7 중량%, Li₂O 0.3~0.5 중량%, CaO 4~6 중량%, Al₂O₃ 1.7~2.2 중량%, P₂O₅ 0.005~0.01 중량%, TiO₂ 0.5~1 중량%, ZnO 0.5~1 중량%, K₂O 0.02~0.04 중량%, Fe₂O₃ 5~6 중량%, MgO 12~15 중량%, MnO 0.05~0.1 중량%로 이루어진 다기능성 세라믹 조성물에 관한 것이다.

세라믹이라 함은 고온으로 열처리하여 만든 비금속의 무기질 고체 재료를 통틀어 이르는 것으로, 일반적으로 내화성 등이 매우 뛰어나서 최근에는 가정제품을 비롯하여 건축자재 및 첨단제품에 이르기까지 적용되지 아니하는 분야가 없을 정도로 그 사용범위가 다양하다.

이에 다양한 제품의 원재료로서 널리 사용되는 세라믹 조성물에 다기능성을 부여하기 위해서 다양한 기술개발이 있어 왔으나, 세라믹 원료를 성형하여 소성한 것이 세라믹 성형물 내에 기공을 형성하는 다공체로 부유물 및 미생물의 서식공간 을 확보할 수 있는 우려가 있고 다공체 내에서 미생물은 시간이 지남에 따라 저항성을 갖게 되고 결국 세라믹 다공체는 미생물의 서식처가 될 수 있어 문제였다. 또한, 소성한 분말들이 묻어 나옴으로써 세라믹 내에 함유한 유해성분이 용출 위험이 있었고, 아직까지 탈취, 항균, 원적외선 방사, 환원활성화, 친수성, 음이온방출 등을 함께 실현할 수 있는 조성물이 제안되지는 못하였다.

다만, 탈취, 살균 및 친수성기능을 높이기 위하여 광촉매 코팅처리방식 등이 제안된 바 있으나, 이는 광촉매제로서 이산화티탄 등을 사용하기 때문에 그 비용이 상당하여 널리 실용화되지는 못하였다.

이에 본 발명은 상기한 기술적 문제점을 일거에 해결함으로써, 암모니아 탈취, 오염물질에 대한 살균, 원적외선 방사, 물의 환원활성화, 친수성 및 음이온방출 및 일정 온도에서 멜팅(melting)시켜 다공성으로 인한 미생물의 서식방지, 이물질 및 유해물질의 용출위험 제거 등 다양한 효능을 함께 나타낼 수 있는 다기능성 세라믹 조성물을 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 다기능성 세라믹 조성물은 SiO₂ 50~60 중량%, Na₂O 13~16 중량%, B₂O₃ 1.4~1.7 중량%, Li₂O 0.3~0.5 중량%, CaO 4~6 중량%, Al₂O₃ 1.7~2.2 중량%, P₂O₅ 0.005~0.01 중량%, TiO₂ 0.5~1 중량%, ZnO 0.5~1 중량%, K₂O 0.02~0.04 중량%, Fe₂O₃ 5~6 중량%, MgO 12~15 중량%, MnO 0.05~0.1 중량%로 이루어진다.

바람직하게는 상기 다기능성 세라믹 조성물 100 중량부에 대해 5~25 중량부 정도의 티탄철석(ilmenite) 및/또는 1~15 중량부 정도의 모나자이트(monazite)를 더 첨가하는 것이 좋다.

여기서 상기 다기능성 세라믹 조성물은 1200~1500 ℃로 반용융 또는 용융화하여 제작하는 것이 바람직하고, 95×10^-7~110×10^-7 정도의 열팽창계수를 갖는 것이 좋다.

한편, 티탄철석은 그 분자식이 FeTiO₃로서, 항균기능, 탈취기능 및 항곰팡이 기능 등을 가지며, 모나자이트는 그 화학성분이 (Ce, La, Y, Th)PO₄이며, 세륨족 희토류원소의 인산염광물로서, 항균기능과 음이온 방사기능 등을 가지고 있다.

한편, 원적외선은 강한 열효과를 가지고 있는데, 이는 원적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문이며, 물질에 원적외선이 부딪치면 전자기적 공진현상을 일으켜 적외광파의 에너지가 효과적으로 물질에 흡수되는 것에 기인하는 것이다.

또한, 이러한 원적외선의 경우 특히 인체에 아주 많은 영향을 미치는데 그 대표적인 효과로서, 피하층의 온도상승, 미세혈관의 확장, 혈액순환의 촉진, 혈액과 인체와 기타 조직과의 신진대사 강화, 혈액장애의 일소, 조직의 재생능력이나 항경련 능력의 증가 등으로 나타나며 동시에 지각 신경의 이상 흥분억제, 자율신경 의 기능 조정효과도 있는 것이다.

그리고, 일반적으로 수돗물은 음료용으로 하기 위해서 어쩔 수 없이 살균의 목적으로 염소를 넣고 있기 때문에 환원력이 약해져 산화가 진행된 상태에 있으므로, 인체에 해로워 현재에는 널리 환원활성화하는 방법으로 다양한 환원수처리장치 등이 제공되었다.

이러한 환원수는 인체에 매우 유용한데, 특히 설사나 변비 등의 복부증상 개선효과에 탁월하며, 위궤양 등의 위 점막장해에 대한 예방적, 치료적 효과도 뛰어나며, 지방축적 및 혈중 콜레스테롤을 억제하는 효과 및 심장질환 등에도 그 효능을 보이고 있다.

또한, 음이온의 경우에는 공기정화작용, 먼지 및 살균기능을 하게 되며, 인체에 미치는 영향으로는 혈액정화, 세포활성화, 저항력 증가, 통증완화작용, 자율신경계조절작용 등에 효과가 있는 것으로 널리 알려져 있다.

이하 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물의 실시예를 통해 본 발명의 효능을 더욱 상세히 설명하겠다.

*실험대상의 선정

본 발명에 따른 각종 시험을 행하기에 앞서 아래와 같은 조성의 세라믹 조성물을 그 실험대상으로 하였다.

SiO₂ 56.361 중량% Na₂O 14.531 중량%

B₂O₃ 1.669 중량% Li₂O 0.471 중량%

CaO 4.574 중량% Al₂O₃ 1.908 중량%

P₂O₅ 0.008 중량% TiO₂ 0.841 중량%

ZnO 0.791 중량% K₂O 0.039 중량%

Fe₂O₃ 5.174 중량% MgO 13.563 중량%

MnO 0.07 중량%

[실시예1]

시험항목	경과시간(분)	Blank (농도 ppm)	본 발명 (농도 ppm)	탈취율(%)
탈취시험	초기	500	500	-
	30	490	65	87
	60	480	45	91
	90	460	30	93
	120	450	25	94

(Blank는 본 발명에 따른 조성물을 넣지 않은 상태에서 측정한 것임)

시험방법 : XFIA-FI-1004

시험가스명 : 암모니아

가스농도측정 :가스검지관

상기 실시예에서 보는 바와 같이, 시험시작 후 30분이 경과한 결과 본 발명을 투입하지 아니한 것은 최초 암모니아 농도와 거의 차이가 없음을 알 수 있으나, 본 발명을 투입한 것에 있어서는 암모니아 가스의 탈취효율이 87%에 이를 정도로 매우 높음을 확인할 수 있으며, 더욱이 시간이 경과함에 따라 그 탈취효율이 증가 하여 120분이 경과한 이후에는 94% 정도 거의 탈취되는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예2]

시험항목	시료구분	초기 농도	24시간 후 농도	정균감소율(%)
대장균에 의한 항균시험	Blank	7.5×10⁴	2.0×10⁵	-
대장균에 의한 항균시험	본 발명	7.5×10⁴	3.0×10³	98.0
녹농균에 의한 항균시험	Blank	2.9×10⁵	8.2×106	-
녹농균에 의한 항균시험	본 발명	2.9×10⁵	1.0×10⁵	98.2

(Blank는 본 발명에 따른 조성물을 넣지 않은 상태에서 측정한 것이고, 배지상의 균수는 희석배수를 곱하여 산출한 것임)

시험방법 : KFIA-FI-1003

사용균주 : Escherichia coli ATCC 25922

Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442

상기 실시예에서 보는 바와 같이, 시험시작 후 24시간이 경과한 결과 본 발명을 투입하지 아니한 것은 최초 대장균의 농도가 거의 차이가 없음을 알 수 있으나, 본 발명을 투입한 것에 있어서는 대장균의 정균감소율이 98%에 이를 정도로 매우 높음을 확인할 수 있으며, 녹농균에 있어서도 본 발명을 투입한 것에 있어서는 정균감소율이 98.2%에 이름을 확인할 수 있었다.

[실시예3]

방사율 (5~20㎛)	방사에너지 (W/㎡·㎛, 37℃)
0.913	3.52×10²

(FT-IR 스펙트로미터를 이용한 BLACK BODY 대비 측정결과임)

상기 실시예에서 보여지듯이, 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물은 종래 일반 소다석회 유리조성물(0.6~0.7㎛)과 대비하여 매우 높은 방사효율을 나타내었으며, 그에 따른 방사에너지 또한 매우 높게 측정되었다.

[실시예4]

본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물의 사용 전과 사용 후

본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물의 사용 전과 사용 한달 후

RunFile_003.drt : 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물을 사용하지 아니한 상태

RunFile_004.drt : 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물을 사용한 직후의 상태

RunFile_007.drt : 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물을 한 달간 사용한 후의 상태

실험방법 : 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물을 자동차 냉각수 보조탱크에 장착하여 각각의 Max Torque(kg-M)값의 변화를 테스트한 것이다.

상기 표에서 확인되듯이, 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물을 자동차 냉각수 보조탱크에 장착한 후에 Max Torque 값이 13.95에서 14.22로 증가하였음을 알 수 있으며, 특히 장착한 후 한달 뒤에는 그 값이 14.97로 현격히 증가되었음을 확인할 수 있었다.

여기서 Max Torque 값은 엔진의 출력을 뜻하며, 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물의 장착후에 연비가 크게 향상되었음을 알 수 있다.

이는 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물의 경우 음이온 방출량이 아주 많아 연소효율을 높일 수 있는데, 자동차 냉각수통에 본 발명을 넣어 두면, 높은 원적외선 방사효과에 의해 보조탱크 내의 냉각수는 응집되어 있는 물분자수를 적게 갖는 활성수로 개질이 되고, 원래부터 갖고 있던 음이온 방사기능이 이 활성수에 부가될 수 있는 것이며, 자동차 엔진이 가동되면서 높아진 엔진 열에 의해 라디에이터 냉각수의 온도도 동반 상승하게 됨에 따라 보조탱크 속 활성수와도 서로 순환하게 되면서 결국 모든 냉각수는 활성수로 변환된다. 이 후에는 이 냉각수가 자동차 엔진 실린더 주위를 순환하면서, 자연스럽게 실린더 주변에 다량의 음이온 효과에 의한 전자기장을 형성하게 되어, 실린더 내의 연소속도를 증진시킴으로써 완전연소에 가까운 산화반응을 일으킬 수 있어 결국, 자동차의 연비를 절감하고, 엔진의 회전소음을 감소시키며, 엔진출력을 향상시킴과 아울러 엔진오일의 사용주기를 연장시키는 기능을 하게 되는 것이다(여기현상이론). 더욱이, 이 경우 배기가스 중 CO, HC 함유량의 획기적인 개선을 보였다.

또한, 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물 제품에 대하여 수적법에 의한 접촉각을 측정한 결과, 그 접촉각이 3°정도로 표면장력이 매우 약하여 친수성이 우수한 것으로 나타났다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물은 암모니아 탈취효율이 상당히 높을 뿐만 아니라, 대장균 및 녹농균의 살균효율도 뛰어나고, 물의 환원활성화 정도도 우수하며, 일반 유리조성물보다 원적외선방사효율이 매우 높다. 또한, 본 발명에 따른 제품은 친수성이 뛰어나 각종 제품으로도 우수한 기능을 발현할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 다기능성 세라믹 조성물은 1200~1500 ℃로 반용융 또는 용융화하여 제작함으로써, 종래 다공성으로 인한 미생물의 서식방지, 이물질 및 유해물질의 용출위험 제거 등 다양한 효과를 창출할 수 있는 것이다.

Claims

SiO₂56.361 중량%, Na₂O 14.531 중량%, B₂O₃1.669 중량%, Li₂O 0.471 중량%, CaO 4.574 중량%, Al₂O₃1.908 중량%, P₂O₅0.008 중량%, TiO₂0.841 중량%, ZnO 0.791 중량%, K₂O 0.039 중량%, Fe₂O₃5.174 중량%, MgO 13.563 중량% 및 MnO 0.07 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 다기능성 세라믹 조성물.
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