KR100789470B1 - 나노 은을 코팅한 글라스비즈의 제조방법 및 그 글라스비즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 은을 코팅한 글라스비즈에 관한 것으로, 글라스비즈와, 나노 은 콜로이드용액과, NaOH 수용액을 반응용기에 넣고, 교반하면서 중탕으로 서서히 가열하여 코팅하고, 건조하여 제조함으로써, 글라스비즈에 나노 은 코팅이 보다 균일하고 견고하게 되며, 생산성이 높으면서, 항균 및 살균 효과가 높은 나노 은이 코팅된 글라스비즈를 얻을 수 있도록 한 것이다.

글라스비즈, 세라믹비즈, 지오라이트비즈, 나노 은, 항균, 살균

Description

나노 은을 코팅한 글라스비즈의 제조방법 및 그 글라스비즈{MANUFACTURING METHOD OF GLASS-BEADS COATED WITH NANO SIZED SILVER PARTICLE AND THE GLASS-BEADS}

도 1은 본 발명 실시 예에 의한 나노 은을 코팅한 글라스비즈의 표면확대사진

도 2는 본 발명 실시 예에 의한 나노 은이 코팅된 글라스비즈의 X선-회절기 분석사진

본 발명은 음용수 등의 항균 및 살균용으로 사용하는 나노 은이 코팅된 글라스비즈의 제조방법 및 그 글라스비즈에 관한 것이다.

글라스비즈(glass-beads)는 그 표면이 매끄럽고 높은 구형도를 지니고 있어서, 글라스비즈에 나노 은 입자를 균일한 두께로 잘 접착시켜 코팅하기가 매우 어렵다.

특허 출원 제2004-0095328호 ‘나노 은 코팅 글라스비즈 및 그 제조방법’은 본원 출원인이 대표로 있는 (주)신일이 출원한 것으로, 다년간 지속적인 연구에 의하여서 된 것이다.

상기 선출원 발명은 글라스비즈와 나노 은 콜로이드용액을 1~10:1의 무게비로 혼합반응용기에 담아 회전시키면서, 50~100℃의 온도로 20~40분간 가열하고 냉각하는 제 1공정과, 가열 후 냉각시킨 혼합물을 전기로에서 다시 290~310℃의 온도로 20~40분간 재가열하는 제 2공정으로 제조하는 것이다.

이와 같이 전기로에서 가열하여 제조하는 선출원 발명에서는 300℃ 내외의 고온으로 가열하므로 가열과정에서 글라스비즈 표면에 있는 나노 은이온이 글라스비즈의 실리카분자 안으로 침투하여 들어가서 코팅되는 나노 은의 양이 줄어든다. 또 전기로에서 회전시키지 않고 직접가열함으로써 글라스비즈 표면에 나노 은 코팅이 고르지 않게 되고 접착도 불균일하게 되는 것이다. 접착과 두께가 불균일하게 코팅이 된 글라스비즈는 코팅된 나노 은이 부분적으로 떨어져 나간다. 상기 이유에 의해 나노 은의 소모가 많으면서 수중에서 나노 은의 용출량이 감소하므로 항균 및 살균력이 저하되는 문제점이 있는 것이었다.

또한, 제조공정에 있어서도 혼합반응용기와 전기로를 옮겨가며 진행되는 두 단계의 가열공정은 그만큼 시간이 소요되므로 생산성이 낮고, 전기로 등의 시설투자비가 추가 소요되고, 고열로 가열하는 전기로의 에너지 소모량이 많아 생산비용이 많이 들어가게 되는 단점이 있는 것이었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 글라스비즈와, 나노 은 콜로이드용액과, NaOH(수산화나트륨) 수용액을 반응용기에 넣고, 교반하면서, 중탕으로, 100℃ 미만의 온도범위에서 서서히 가열하여 제조함으로써, 코팅이 고르고 견고하게 되며, 생산성의 향상과 함께 생산비용이 절감되도록 한 것이다.

본 발명은 글라스비즈와 용매에 희석한 나노 은 콜로이드용액과 일정농도의 NaOH 수용액을 반응용기에 넣고, 교반하면서, 100℃ 미만의 온도 범위에서 서서히 가열하여 제조하는 것이다.

본 발명에서 글라스비즈와 나노 은 콜로이드용액과 NaOH 수용액의 혼합비율은, 글라스비즈 100g에 대하여 용매에 100~300배 희석시킨 나노 은 콜로이드용액 5~25%중량비, NaOH 수용액 10~30%중량비로 한다.

여기서, 용매에 100~300배 희석시킨 나노 은 콜로이드용액을 5%(이하 %는 모두 중량비임) 미만으로 혼합하면 나노 은이 부족하여 코팅이 잘 되지 않고 항균 및 살균력이 떨어지며, 25% 초과하여 혼합하면 나노 은이 불필요하게 많이 소요되므로 재료비가 상승한다. NaOH 수용액 역시 10% 미만으로 혼합하면 코팅이 잘 되지 않고, 30%를 초과하여 혼합하면 재료비가 상승한다

본 발명에서 사용하는 나노 은 콜로이드용액은, 선출원 제10-2004-0095328호에서 언급한 통상의 제조법으로 생산한 것을 포함하고, 상기에서와 같이 입자 크기 50~100㎚의 나노 은 분말을 용융시켜 제조한 나노 은 콜로이드용액을 용매에 100~300배 희석하여 사용한다. 이때, 나노 은 콜로이드용액의 희석비율을 100배 미만으로 하면 매우 고가인 나노 은이 필요 이상으로 많이 소요되므로 제조단가가 상승하고, 희석비율을 300배 이상으로 하면 나노 은 콜로이드용액의 농도가 너무 묽어서 코팅이 잘 되지 않게 된다. 여기에서, 희석 시 사용하는 용매는 나노 은 분말을 순수하게 용융하는 것으로서 유기용매를 일컫으며, 일 예로는 증류수, 물, 메틸알코올, 이소프로필알코올 등이 있다.

본 발명에서 사용하는 NaOH 수용액의 농도는 0.05~0.30M이다. NaOH 수용액 농도가 0.05M 미만이면 코팅이 잘 되지 않는 경우가 있고, NaOH 수용액 농도가 0.30M을 초과하면 불필요하게 농도가 높아 NaOH가 많이 소요되므로 역시 제조단가의 인상요인이 된다. NaOH는 글라스비즈 표면에 0H-기(수산기)를 유도하고 나노 은 콜로이드용액과 반응하여 Ag₂0(산화은) 형태의 화합물을 유도하여 글라스비즈 표면에 나노 은 코팅이 잘 되게 한다.

본 발명에서의 가열은 혼합용액의 온도가 30℃ 될 때까지는 자유롭게 가열 상승시키며, 30℃부터는 1~5℃/min 씩 서서히 상승하도록 10~70분간 100℃를 초과하지 않는 범위에서 가열하고, 혼합용액의 색상이 짙은 회색으로 변하면 온도 상승을 중지한 채로 20~40분간 더 가열한다.

본 가열공정 시에 최초 갈색의 혼합용액이 가열에 의하여 짙은 회색으로 변화하면 글라스비즈의 표면에 나노 은 입자가 코팅되기 적정한 상태의 코팅용액이 된 것이다. 이때 상기 코팅용액의 온도를 유지하면서 계속 가열하여 코팅을 완성한 다.

가열속도가 1℃/min 미만이어도 코팅은 되지만 반응속도가 너무 느려 시간이 걸리므로 생산성이 떨어지고, 가열속도가 5℃/min를 초과하게 되면 코팅용액이 균일하게 반응하지 않아서 결국 코팅이 잘 되지 않게 된다.

최고 가열온도를 100℃ 미만으로 함은, 코팅용액의 온도가 100℃를 넘어서면 상기 종래기술에서 언급한 바와 같이 글라스비즈 표면의 나노 은이온이 실리카분자(이산화규소, Si) 안으로 침투하여 들어가므로 그만큼 나노 은의 소모가 많아지고 나노 은의 용출량이 감소하기 때문이다.

본 발명에서는 중탕으로 가열하는 것은 교반작용과 함께 열이 고루 일정하게 전달되어서 글라스비즈 표면에 나노 은이 고르게 접착, 코팅되게 하는 것이다.

본 발명에서 표면이 오염되지 아니한 글라스비즈를 사용할 경우에는 전처리공정은 필요하지 아니하다. 그러나, 글라스비즈 표면이 오염되었다고 판단되는 경우 즉, 생산 후 일정기간 보관하였던 것이나 외부로부터 납품받은 것은 글라스비즈 표면의 이물질을 제거하기 위한 전처리공정을 함이 바람직하다.

전처리공정은 표면이 오염된 글라스비즈를 1~4M NaOH 수용액에 담그고 90~110℃의 온도에서 20~40분간 가열하고, 증류수로 2회 이상 세척, 건조하는 것이다.

본 발명에서 가열공정에 의하여 코팅이 완료되면 여액을 제거하고 건조함으로써 본 발명이 완성되는 것이나, 글라스비즈 표면에 잔류하는 NaOH를 제거하는 세척공정을 할 수도 있다. 세척공정은 사람이 마시는 음용수의 항균 및 살균용으로 사용할 경우나 사람의 몸에 흡수될 가능성이 있는 경로 중에 사용되는 경우에는 반드시 세척을 하여야 한다. 세척공정은 증류수로서 2회 이상 하는 것이 바람직하다. 그러나 위 경우 외에는 세척공정을 하지 않아도 무방하다.

본 발명은 글라스비즈 이 외에 세라믹비드(ceramic beads), 지오라이트비드(geolite beads)에 적용하여도 된다.

다음은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예이다.

전처리한 글라스비즈 600g과, 증류수에 250배 희석시킨 나노 은 콜로이드용액 120g과, 0.1M NaOH 수용액 120g을 반응용기에 넣고, 100 RPM의 속도로 교반하면서, 중탕기에서 반응용기를 간접가열하여 온도를 30℃까지 상승시킨다. 중탕기의 온도가 30℃가 되면 2~3℃/min의 범위로 서서히 가열하고, 코팅용액의 색깔이 짙은 회색이 되는 80℃에서 온도 상승을 중단한다. 그리고 80℃ 온도를 유지하면서 30분간 교반을 계속하여 코팅을 완성한다.

코팅반응 종료 후 자연냉각 또는 냉각장치에 의하여 적절히 냉각되게 하고 반응용기의 여액을 제거하여 나노 은이 코팅된 글라스비즈를 얻는다.

필요에 따라 나노 은이 코팅된 글라스비즈를 증류수로 2회 이상 세척하고 건조한다.

상기 실시 예의 공정을 따라서 제조한 나노 은을 코팅한 글라스비즈는 도 1의 표면확대사진에서 나노 은이 글라스비즈 표면에 고르게 잘 접착, 코팅되어 있음을 확인할 수 있다.

또한, 도 2의 X선-회절기(X-Ray Diffractometer ; XRD)를 이용한 분석사진을 통하여서도 글라스비즈에 나노 은이 잘 코팅되어 있음을 확인할 수 있는 바, 도면 상의 Ag(111)면과 Ag(200)면의 회절패턴이 나노 은 입자를 가르킨다.

본 발명은 나노 은의 코팅이 고르고 견고하게 되므로 코팅된 나노 은이 부분적으로 떨어져 나가는 일이 없고, 저온 가열하여 제조하므로 나노 은이 글라스비즈 내로 침투하여 소모되는 것이 방지되어 항균 및 살균효과가 높다.

또한 본 발명은 한 번의 공정에 의하므로 생산성이 높고, 저온가열하므로 에너지가 절약되며, 전기로와 같은 설비를 필요로 하지않아 생산비용이 절감되는 등 적은 비용으로 대량 생산이 가능하여 실용성과 상품성이 높게 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 글라스비즈와, 나노 은 콜로이드용액과, NaOH 수용액을 반응용기에 넣고, 교반하면서 중탕으로 서서히 가열하여 코팅하고, 코팅이 완료되면 냉각 후 여액을 제거하고 건조하여 제조하는 나노 은을 코팅한 글라스비즈의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   가열은 혼합용액의 온도가 30℃ 될 때까지는 자유롭게 가열하며, 30℃부터는 1~5℃/min 씩 서서히 상승하도록 10~70분간 100℃를 초과하지 않는 범위에서 가열하고, 혼합용액의 색상이 짙은 회색으로 변하면 온도 상승을 중지한 채로 20~40분간 더 가열함을 특징으로 하는 나노 은을 코팅한 글라스비즈의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   글라스비즈 100g에 대하여 용매에 100~300배로 희석시킨 나노 은 콜로이드용액 5~25%중량비, NaOH 수용액 10~30%중량비로 혼합함을 특징으로 하는 나노 은을 코팅한 글라스비즈의 제조방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   글라스비즈 600g에 대하여 증류수에 250배 희석시킨 나노 은 콜로이드용액 120g과, 0.1M NaOH 수용액 120g으로 혼합함을 특징으로 하는 나노 은을 코팅한 글라스비즈의 제조방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   NaOH 수용액은 0.05~0.30M 농도로 하여 사용함을 특징으로 하는 나노 은을 코팅한 글라스비즈의 제조방법.
6. 글라스비즈와, 나노 은 콜로이드용액과, NaOH 수용액을 반응용기에 넣고, 교반하면서 중탕으로 서서히 가열하여 코팅하고, 코팅이 완료되면 냉각 후 여액을 제거하고 건조하여서 된 나노 은을 코팅한 글라스비즈.

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