KR100832121B1

KR100832121B1 - 세라믹 정제 및 이의 제조방법과 이를 이용한 은나노코팅방법

Info

Publication number: KR100832121B1
Application number: KR1020070012444A
Authority: KR
Inventors: 최영기
Original assignee: 주식회사 그린텍
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-05-27

Abstract

색깔을 부여하여 용액의 함침여부를 용이하게 식별할 수 있고, 특수한 형상에 의해 용액의 배어나옴을 억제시킬 수 있는 세라믹 정제가 개시된다. 본 발명에 따른 정제의 제조방법은 100~300메쉬의 알루미나(Al₂O₃) 60~70Wt%와, 320~350메쉬의 맥반석 30~40Wt%를 혼합하는 단계(S1); 알루미나와 맥반석 혼합물 100중량부에 대하여 물 30~35중량부를 섞어 반죽하는 단계(S2); 단계(S2)후에 1중량부 미만의 분산제를 넣어 묽은 혼합액으로 반죽하는 단계(S3); 단계(S3)후에 2중량부 미만의 바인더와, 1중량부 미만의 이형제를 더 넣어 혼합하는 단계(S4); 단계(S4)의 혼합액을 스프레이 드라이 건조시켜 20~80메쉬의 과립 형태로 건조시키는 단계(S5); 과립을 성형기의 형틀에 넣고 15톤 이상으로 가압하여, 원통형상을 가지면서 그 상부면상의 중앙부와 가장자리부를 제외한 부분에 환형의 오목한 안치부가 형성되도록 성형하는 단계(S6); 성형된 정제를 1,000~1,300℃로 소결하는 단계(S7);를 포함한다. 이러한 정제를 이용하여 액상의 은나노 용액을 정제에 함침시킨 후, 이를 전자빔으로 쏘아 필요한 곳에 은나노 코팅을 처리 할 수 있다.

Description

세라믹 정제 및 이의 제조방법과 이를 이용한 은나노 코팅방법{A seramics tablet}

도 1은 종래기술에 따른 정제의 형상을 나타낸 사시도이고,

도 2는 종래기술에 따른 정제의 문제점을 나타낸 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 정제의 형상을 나타낸 사시도이며, 그리고

도 4는 도 3의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 세라믹 정제 110 : 안치부

본 발명은 진공증착용 다공성 세라믹 정제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 색깔을 부여하여 용액의 함침여부를 용이하게 식별할 수 있고, 특수한 형상에 의해 용액의 배어나옴을 억제시킬 수 있는 세라믹 정제에 관한 것이다.

일반적으로 렌즈 등과 같은 제품의 표면에 특성 부여를 위해 특정물질을 수 나노미터에서 수십 마이크로미터 두께로 여러 종류의 물질을 코팅하게 되고, 이때, 통상적으로 적용되는 코팅 방식은 막 특성을 고려 진공증착방법이 사용된다. 코팅 용 물질의 공급방식은 대부분의 경우 공정의 용이함으로 인해 전자빔을 이용한 방법이 사용되고 특별한 경우 열적으로 재료를 활성화시키는 방법이 사용되며, 이를 이때 코팅하고자 하는 물질의 정량적 취급과 증착효율을 위해 특정물질이 정량 함침되어 있는 정제를 사용하게 된다.

이 경우에 사용하게 되는 정제는 화학적으로 안정되고, 내열성 및 취급의 용이성을 위한 기계적 강도를 가지며 내부에 특정물질이 함침되어야 하므로 일반적으로 세라믹에 다공성을 부여한 정제 또는 금속분말을 부분적으로 소결한 금속 분말 결합체를 사용하게 된다.

이와 같은 다공성 세라믹 정제로는 대한민국 등록특허 제609632호(세라믹 담체 및 그 제조방법)가 개시된 바 있다.

상기 세라믹 담체 및 그 제조방법에서 개시된 담체는 알루미나(Al₂O₃), 티타니아(TiO₂), 지르코니아(ZnO₂), 결정성 탄소 중에서 선택되는 세라믹 소재 90~99Wt%에 소결조제 1~10Wt%를 첨가하여 혼합하는 주재료 혼합단계;

상기 주재료 혼합단계에서 만들어진 상기 주재료 100중량부에 대하여 용매인 증류수 70~90중량부, 분산제 1~3중량부, 이형윤활제 1~3중량부, 결합제2~5중량부를 첨가하여 조립화하는 조립화단계;

조립화된 혼합물질을 가압 성형하는 성형단계;

그리고, 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 900~1400의 온도에서 소결하여 세라믹 담체를 형성하는 소결단계;를 포함한다.

여기에서, 소결조제로는 티타니아(TiO₂), 이산화규소(SiO₂), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO)중에서 선택되는 두가지 이상의 소재가 혼합되어 이루어진다.

그리고 다공성을 갖기위해 조립화단계에서 기포형성제 0.1~7중량부가 더 첨가된다.

그리고 상기와 같이 제조되는 담체의 형상은 도 1에서 보는 바와 같이 원통형 몸체(10)의 상, 하면 둘레에 각각 상, 하방향으로 돌출된 환형테두리(11)가 형성되도록 성형된다.

그러나 이와 같이 제조되는 종래의 담체는 우선, 성분들의 조합으로 이루어졌을때에 흰색으로 성형되기 때문에 담체내에 용액이 함침되었는지의 여부를 식별하기 어려운 문제가 있었다.

또한, 종래 기술의 문헌에서도 알 수 있듯이 종래의 담체는 도 2와 같이 용액(a)을 함침시켰을때에 하측으로 용액(a)이 배어나오게 되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 완성되는 정제의 색을 황색이 되도록 성분비를 조절하여 용액의 함침여부를 용이하게 식별할 수 있도록 하는 정제의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 정제의 형상을 특수화하여 용액이 하측으로 배어나오지 않도록 할 수 있는 정제를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

알루미나와 소결제를 주원료로하여 제작되는 통상의 진공증착용 다공성 세라믹 정제에 있어서,

정제가 황색을 갖도록 소결제로 맥반석이 사용되며, 정제는 원통형상을 가지면서 그 상부면상의 중앙부와 가장자리부를 제외한 부분에 환형의 오목한 안치부가 형성됨을 특징으로 하는 정제를 제공한다.

상기 정제를 제조하는 방법은,

100~300메쉬의 알루미나(Al₂O₃) 60~70Wt%와, 320~350메쉬의 맥반석 30~40Wt%를 혼합하는 단계(S1);

알루미나와 맥반석 혼합물 100중량부에 대하여 물 30~35중량부를 섞어 반죽하는 단계(S2);

단계(S2)후에 1중량부 미만의 분산제를 넣어 묽은 혼합액으로 반죽하는 단계(S3);

단계(S3)후에 2중량부 미만의 바인더와, 1중량부 미만의 이형제를 더 넣어 혼합하는 단계(S4);

단계(S4)의 혼합액을 스프레이 드라이 건조시켜 20~80메쉬의 과립 형태로 건조시키는 단계(S5);

과립을 성형기의 형틀에 넣고 15톤 이상으로 가압하여, 원통형상을 가지면서 그 상부면상의 중앙부와 가장자리부를 제외한 부분에 환형의 오목한 안치부가 형성 되도록 성형하는 단계(S6);

성형된 정제를 1,000~1,300℃로 소결하는 단계(S7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정제의 제조방법을 제공한다.

상기와 같은 정제를 이용한 은나노 코팅방법은,

2~3질량%의 은나노 수용액을 준비하는 단계(S10);

은나노 수용액에 상기의 제조방법으로 제조된 정제를 적어도 3시간 이상 담그는 단계(S20);

은나노 수용액에서 담긴 정제를 건져 70~150℃의 열풍으로 적어도 8시간동안 완전 건조시키는 단계(S30);

건조된 정제에 제품을 올려놓고, 정제에 전자빔을 쏘아 은나노가 발산되면서 제품에 은나노가 코팅되도록 하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 정제를 이용한 은나노 코팅방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 정제 및 이의 제조방법에 대해 설명한다.

본 발명의 정제 제조방법에 따른 주요 성분은 알루미나(Al₂O₃)와, 맥반석이다.

종래에는 알루미나와, 장석을 주로 사용하였었다.

국내에서 채취되는 장석은 아래의 <표1>에서 보듯이 대부분이 이산화규소(SiO2)와 알루미나(Al2O3)이고, 나머지 소량의 산화철(FeO3), 산화칼슘(CaO), 산 화마그네슘(MgO), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O), 티타니아(TiO2) 등이다. 이중에서도 대부분 부여장석을 많이 사용한다.

<표1>. 국내 장석의 화학성분

시료명	SiO₂	AlO₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	TiO₂	lg.los	SK (내화도)
안양장석	71.77	18.02	0.12	0.85	0.08	0.98	6.80	0.04	0.94	6
원덕장석	73.15	15.69	0.83	0.48	0.20	4.70	2.65	0.07	1.73	9
봉정장석	67.37	17.60	0.99	0.39	0.26	9.75	2.46	0.16	0.69	7
청산장석	65.61	18.54	0.23	0.25	0.06	12.50	2.16	0.05	0.29	9
영남실업장석	66.07	18.43	0.11	0.34	0.05	12.18	2.19	0.04	0.19	7
당진장석	78.90	12.96	0.16	0.32	0.07	2.21	4.54	0.10	0.32	9
부여장석	73.91	15.47	0.65	0.36	0.08	4.12	4.38	0.04	0.47	7
김천중리장석	75.10	14.10	0.78	0.63	0.11	4.62	2.69	0.12	1.34	7
현동장석	74.67	14.17	0.34	0.58	0.09	6.31	2.66	0.06	0.65	9
양남장석	74.79	13.89	1.09	1.23	0.29	3.38	3.39	0.19	1.28	7

이중에서 대부분은 무색을 띠며, 산화철만이 붉은색을 띠고 있다.

따라서 본 발명에서는 산화철의 함유량을 높여 완성되는 정제의 색을 황색으로 성형하고자 한다.

국내에서 채취되는 광석중에서 장석과 비슷한 성분을 가지면서 철성분이 많이 함유된 것은 맥반석이다.

맥반석은 아래의 <표2>에서 보는 바와 같이 대부분의 성분이 장석과 같으며, 산화철의 함유량이 약 5배정도 많이 포함된 것을 알 수 있다.

<표2>. 맥반석의 화학성분

시료명	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	LG.loss
맥반석	69.9	14.8	3.03	1.54	1.06	3.27	3.55	2.09

따라서, 이와 같은 맥반석을 이용하여 정제를 제조하는 방법을 살펴보자.

먼저, 100~300메쉬의 알루미나 60~70Wt%와, 320~350메쉬의 맥반석 30~40Wt% 를 혼합한다.

알루미나와 맥반석의 혼합물 100중량부에 물 30~35중량부와, 분산제 1중량부 미만과, 바인더(Binder) 2중량부 미만과, 이형제 1중량부 미만을 더 넣어 액상의 혼합물을 만든다.

바람직하게는 물 30~35중량부에 알루미나와 맥반석 혼합물을 넣고 풀어주면, 혼합물이 걸쭉하게 반죽된다. 이때, 소량(1중량부 미만)의 분산제를 섞어주면 걸쭉하던 혼합액이 묽어지게 된다. 이와 같은 이유는 분산제가 각각의 알루미나와 맥반석 알갱이들을 떨어뜨려주는 역할을 하기 때문이다. 이러한 상태에서 바인더를 넣고 이형제를 넣어 혼합액을 완성한다.

여기에서, 바인더는 알루미나분말과 맥반석분말을 접착시키는 재료이고, 이형제는 하기에 설명될 성형단계에서 성형후 금형에서 원활한 탈리가 이루어지도록 도와주는 성분이다.

이와 같은 액상의 혼합물을 스프레이 드라이 건조방법을 이용하여 과립형태로 만든다.

스프레이 드라이 건조방법은 액상 혼합물을 일정한 온도의 내부로 분무시키면서 바로 건조되어 과립형태로 만드는 통상의 과립건조방법이다.

이러한 스프레이 드라이 건조방법은 100~180℃의 내부로 액상의 혼합물을 분무시키면, 약 20~80메쉬의 과립자가 만들어진다. 과립자의 크기는 성형할 제품의 규모가 큰 것들은 커다란 과립자를 사용하기 위함이고, 반대로 규모가 작은 제품인 경우에는 작은 과립자를 사용하기 위함이다.

이때, 과립자의 메쉬는 분무기의 노즐로 결정된다.

이와 같은 과립자를 성형기의 형틀에 넣어 상온에서 15톤(ton)이상으로 가압하여 성형을 한다.

성형된 성형품을 로에 장입하여 1,000~1,300℃로 소결함으로써 정제를 완성시킨다.

이와 같은 정제는 다량의 산화철에 의해 황색을 발하고 있으며, 이러한 황색의 정제에 용액을 함침시키면, 황색이 진해지면서 용액의 함침여부를 용이하게 식별할 수 있게 된다.

다음은, 본 발명에 따른 정제의 구체적인 형상에 대해 살펴보자.

도 3은 본 발명에 따른 정제의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 정제(100)는 원통형상을 갖는다.

이러한 정제(100)의 상부면상에는 용액을 함침시키기 위해 용액 안치부(110)가 형성된다.

안치부(110)는 정제(100)의 상부면상에서 중앙부와 가장자리부를 제외한 부분에 환형으로 오목하게 형성된다.

본 발명에 따른 정제(100)에 용액이 함침되기 위해서는 안치부(110)에 용액이 올려지고, 이 용액이 자중에 의해 다공성 정제(100)의 내부로 서서히 함침된다.

이와 같이 함침되는 용액은 오목한 안치부(110)의 면을 따라 균일하지 않은 압력으로 함침되는데, 구체적으로는 도 2에서 보는 바와 같이 가장 오목한 안치 부(110)의 가운데에서 가장 높은 압력이 가중되고, 정제(100)의 가장자리나 중앙부로 향할수록 가장 약한 압력이 가중되게 된다.

이러한 본 발명의 정제(100)는 정제의 중앙으로 가중되는 용액(a)의 압력을 분배시키기 위해 정제의 중앙부를 제외하여 안치부(110)를 형성시킨 것이다.

따라서 본 발명에 따른 정제(100)는 용액(a)의 함침이 정제의 내부에 균일하게 함침되도록 할 수 있게 되는 것이다.

하기에는 이와 같은 정제를 이용하여 은나노 코팅을 하는 방법을 설명한다.

은(Ag)나노는 은의 단일 입자의 크기가 나노(10억분의1)인 것을 일컫는 용어로서, 최근의 나노제조기술의 발달과 더불어 은의 경제성과 효율성을 혁신적으로 개선한 물질이다.

이러한 은은 인체에 무해하면서도 대장균을 비롯한 약 650종의 세균과 바이러스를 항균/살균할 수 있는 것으로 과학적으로 기 확인되었으며, 최근에는 SARS, 조류독감, 돼지콜레라, 슈퍼독감 등의 의약적 치료제로 널리 연구되고 있다.

이와 같은 은나노는 가정용으로 항균플라스틱, 행주, 기저귀 등과, 건축용으로 항균, 방취용 내외장재와, 섬유용으로 의류, 이불, 유아용품, 애견용품 등과, 건축자재용으로 타일, 벽지, 설비부재, 도료, 위생도기 등과, 가전제품용으로 에어컨필터, 공기청정기 등과, 병원용으로 병원실내벽, 병원복, 침대 등 그 응용범위가 상당히 넓다.

이와 같은 제품들을 본 발명에 따른 정제를 이용하여 은나노 코팅처리를 할 수 있다.

바람직한 은나노 코팅방법은 먼저, 제품의 은나노 함수율에 따라 2~3질량%의 은나노 수용액을 준비한다. 이때, 은나노 수용액은 휘발성을 갖는 유성이다.

이와 같은 은나노 수용액에 본 발명에 따른 정제를 적어도 3시간이상 담근다.

바람직하게는 정제내의 다공에 은나노 수용액이 가득차게 담그어야 하는데, 최적의 조건은 3시간 이상이며, 급하게 처리될 경우에는 1~3시간 정도면 충분하다. 이때, 1시간 이상이 되면, 약 80%정도의 함수율이 형성되고, 차츰 함수율이 올라가다가 3시간 정도일때 충족된다.

은나노 수용액에서 건진 정제를 70~150℃의 열풍으로 적어도 8시간 이상 건조시킨다. 이때, 은나노 코팅을 위해서는 정제내에 함수율이 거의 제로(0%)가 되어야 한다. 은나노 수용액은 휘발성이지만 유성이기 때문에 쉽게 건조되지 않고, 적어도 8시간 이상 건조시켜야 완벽한 건조가 이루어지게 된다.

이와 같이 준비된 정제를 이용하여 은나노 처리하고자 하는 제품의 하부에 정제를 놓고, 전자빔을 쏘여 은나노가 발산되면서 제품에 코팅되도록 한다.

본 발명은 전술한 바와 같이 다량의 산화철이 함유된 맥반석을 주원료로 사용하기 때문에 완성된 정제의 색이 황색을 띠어 이 정제에 용액을 함침시켰을때 함침여부를 용이하게 식별할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 정제는 원통형상의 정제 상부면상의 중심부와 가장자리부를 제외한 부분에 환형상의 오목한 안치부를 형성함으로써, 용액의 함침시 정 제내부에 균일하게 함침시킬 수 있으며, 용액이 한곳으로 집중되지 않아 하부로 배어나오지 않는 잇점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 정제를 이용하여 은나노 코팅을 할 수 있기 때문에 여러 응용분야에서 은나노 제품을 편리하게 코팅처리할 수 있게 되었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

알루미나와 소결제를 주원료로하여 제작되는 통상의 진공증착용 다공성 세라믹 정제에 있어서,

상기 정제가 황색을 갖도록 상기 소결제로 맥반석이 사용되며, 상기 정제는 원통형상을 가지면서 그 상부면상의 중앙부와 가장자리부를 제외한 부분에 환형의 오목한 안치부가 형성됨을 특징으로 하는 정제.
100~300메쉬의 알루미나(Al₂O₃) 60~70Wt%와, 320~350메쉬의 맥반석 30~40Wt%를 혼합하는 단계(S1);

상기 알루미나와 맥반석 혼합물 100중량부에 대하여 물 30~35중량부를 섞어 반죽하는 단계(S2);

상기 단계(S2)후에 1중량부 미만의 분산제를 넣어 묽은 혼합액으로 반죽하는 단계(S3);

상기 단계(S3)후에 2중량부 미만의 바인더와, 1중량부 미만의 이형제를 더 넣어 혼합하는 단계(S4);

상기 단계(S4)의 혼합액을 스프레이 드라이 건조시켜 20~80메쉬의 과립 형태로 건조시키는 단계(S5);

상기 과립을 성형기의 형틀에 넣고 15톤 이상으로 가압하여, 원통형상을 가 지면서 그 상부면상의 중앙부와 가장자리부를 제외한 부분에 환형의 오목한 안치부가 형성되도록 성형하는 단계(S6);

상기 성형된 정제를 1,000~1,300℃로 소결하는 단계(S7);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정제의 제조방법.
2~3질량%의 은나노 수용액을 준비하는 단계(S10);

상기 은나노 수용액에 상기 제2항으로부터 제조되는 정제를 적어도 3시간 이상 담그는 단계(S20);

상기 은나노 수용액에서 담긴 정제를 건져 70~150℃의 열풍으로 적어도 8시간동안 완전 건조시키는 단계(S30);

상기 건조된 정제에 제품을 올려놓고, 상기 정제에 전자빔을 쏘아 은나노가 발산되면서 상기 제품에 은나노가 코팅되도록 하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 정제를 이용한 은나노 코팅방법.