KR100886931B1

KR100886931B1 - 우수한 항균 기능성을 갖는 구리-은 합금 다공질금속

Info

Publication number: KR100886931B1
Application number: KR1020060079720A
Authority: KR
Inventors: 김경일
Original assignee: 주식회사 포어텍
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2009-03-09
Also published as: KR20080017906A

Abstract

본 발명은 구리(Copper)와 은(Silver) 성분을 주 성분으로 하는 합금재의 다공질금속(Porous Metal) 항균 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 은(Silver) 금속 자체적으로 보유하고 있는 은 이온 방출 및 항균 기능성과 구리(Copper)금속 재가 가지고 있는 항균 기능성을 동시에 얻을 수 있어, 개선된 항균 기능성을 제공하는 구리-은 합금 다공질금속(Cu-Ag Alloy Porous Metal)에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 0.5~5mm 직경의 기공크기 범위를 가지며, 96.2~78% 범위의 구리(Copper) 성분과 3.8~22% 성분 범위의 은(Silver) 성분으로 이루어지는 구리-은 합금 다공질금속에 관한 것이다. 구리-은 합금 다공질금속(Porous Metal)은 망목(茫目)구조의 3차원적으로 서로 연결된 기공조직을 하고 있어, 단위체적당 극대화된 표면적 특성을 갖는다. 이러한 다공질금속은 1차원 형태를 하고 있는 일반적인 메쉬망 보다 통과하는 유체와의 접촉 효율을 크게 증가 시켜, 항균 기능성 효과를 크게 제공할 수 있다. 따라서 각종 건물 공조기기 및 백색가전 분야의 공기정화용 및 수처리 분야의 항균 기능성 필터로 국민 생활 환경 개선 및 폭 넓은 산업분야의 자원 절약을 가능하게 하는 구리-은 합금 다공질금속(Cu-Ag Alloy Porous Metal)을 개시하고 있다.

Description

우수한 항균 기능성을 갖는 구리-은 합금 다공질금속{Copper Silver Alloy Porous Metal has excellent ability for anti bacteria}

도 1. 2. 3. 4. 5.는 구리-은 합금 다공질금속의 합금화 작업 시간대 별, 전자탐침미량분석기(EPMA: Electron Probe Micro Analysis)를 통해 분석한 결과를 나타내는 표이다.

일반적으로 알루미늄(Aluminium), 니켈(Nickel), 구리(Copper), 은(Silver)재의 다공질금속은 정밀주조(Investment Casting), 금속분말 및 슬러리 코팅에 의한 소결(Sintering), 플래팅(Plating), PVD, CVD 등에 의한 방법으로 제조되어, 초경량 구조재, 촉매지지체, 오일필터, 2차전지 전극판, 열교환 부재 등의 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 구리 다공질금속의 경우는 구리 금속 자체의 우수한 열전도도 특성및 금속 고유의 항균 기능성을 보유하고 있어, 열교환부재 및 공기 정화 목적의 필터재로서 폭 넓은 적용분야를 가지고 있다. 그러나 습기나 대기 중에 노출될 경우, 구리 금속의 내산화성 부족에 따른 색상 변화는 제품 적용에 큰 문제점으로 지적되었었다. 이와 관련하여 대한민국 특허 제0534089호에서는, 개선 된 내식 내산화성을 갖는 구리-알루미늄 합금재의 다공질금속을 제공하고 있으나, 알루미늄의 경우는 내산화 및 내식성이라는 금속 물성 특성을 개선시키는 합금재로 사용되었고, 그 방법 또한 통상적인 제조방법이고, 구리 다공질금속이 갖는 금속 고유의 항균 기능에 부과적인 항균 기능 부여는 전혀 기대할 수 없는 다공질 금속을 언급하고 있을 뿐이다. 한편, 은(Silver)재질의 다공질금속은 은(Silver)이 귀금속으로 분류되는 금속재로서 항균 기능성 대비 고가 인 관계로 폭 넓은 제품 적용 및 보급이 어려운 현실이여서, 그 우수한 항균 기능성 효과를 일상생활에 폭 넓게 보급하기에는 제한 적이었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 개선하고 해결하기 위해, 다공질 구리를 모재로 하고 알루미나, 은 및 활성화재 혼합 분말로 모재에 확산열처리 하여 구리(Cu)금속재의 항균 기능성과 은(Ag)금속재의 은 이온 방출 및 우수한 항균 기능성을 동시에 제공할 수 있는 구리-은 합금 다공질금속 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은;

중량으로 84~95%의 알루미나, 3~10%의 은 및 2~6%의 활성화제를 포함하는 혼합분말로 다공성 구리 모재에 확산 열처리한 구리-은 다공질 금속을 제공한다.

상기에서 열처리 다공질 금속의 표면성분은 중량으로 구리가 78~96.2%이고 은이 3.8~22%로 되게 함이 바람직하다.

또한 상기에서의 다공질 금속의 기공 크기는 0.5~5mm로 되게 함이 바람직하고, 구리모재의 두께는 1.2~20mm로 함이 바람직하다.

본 발명은 또한 상기와 같은 구리-은 다공질 금속을 제공하기 위해 상기 혼합분말을 모재에 확산시키기 위해 불활성 분위기에서 890~980℃의 온도 범위로 1~4시간 합금화 열처리 하는 구리-은 다공질 금속의 제조방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 정밀주조(Investment Casting), 금속분말 및 슬러리 코팅에 의한 소결(Sintering), Plating, PVD, CVD 등과 같은 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명에서는 바람직한 일실시 예의 하나로 구리 다공질금속 모재에 은(Ag) 성분을 확산 침투시켜 구리-은 합금재를 제공하는 펙세멘테이션(Pack Cementation)법을 실례로 들어, 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 통해 구리-은 합금 다공질금속 및 그 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는 먼저, 혼합 분말로 알루미나(Al2O3(84-95%))분말, 은(Ag(3-10%))분말, 활성화제(NH4Cl (2-6%))가 일정비로 구성되고, 일정 입도크기를 갖는 혼합분말을 충분히 교반하여, 균일하게 혼합된 혼합분말을 준비한 후, 합금화 목적으로 설계된 작업 도구에 구리다공질금속과 혼합분말을 균일하게 충진 시킨 후, 890~980℃의 온도범위의 불활성분위기하에서 1hr, 2hr, 4hr, 5hr의 각각의 작업시간으로 합금화 작업을 실시하였다. 상기 온도 범위는 합금화 진행이 어려운 890℃ 이하와 알루미나가 구리에 녹아 붙을 수 있는 980℃ 이상은 바람직하지 않기 때문에 정해진 범위이다. 그 결과, 구리다공질금속의 기공크기가 0.2mm이하 일 경우는 합금화에 사용되는 혼합분말이 다공질금속 내부에 까지 고르게 충진되지 않아, 국부적인 합금화 진행이 확인되어, 전체적으로 균일한 합금화 결과를 얻기 어렵다. 그리고 합금화 모재(구리 다공질금속)의 두께가 20mm 이상일 경우는 구리 다공질금속 내부에 합금화 공정에 충진 사용되었던 혼합분말이 피착되거나, 완전 제거의 어려움이 발생하여 품질의 신뢰성 문제가 있다. 상기 합금화 작업 조건에 따른 성분비를 표 1.에 타내었다.

작업조건	구리-은 다공질금속 합금 성분 비
	구리(Cu)%	은(Ag)%
합금화 작업 전	100	-
1hr 합금화 작업	96.22	3.78
2hr 합금화 작업	85.72	14.28
4hr 합금화 작업	77.73	22.27
5hr 합금화 작업	76.88	23.12

표 1. 합금화 작업 시간 대별 성분분석 결과 표

도 1 내지 도 5은 위 조건에 따른 성분 분석표이다.

또한 상기에 따른 합금화 공정에 있어서의 은(Ag) 성분의 합금화 진전은 4hr 이상의 합금화 작업에서는 은(Ag) 성분의 증가는 미약하였다. 이것은 모재 표면에서의 합금화 진행에서 합금화 모재의 내부로 은(Ag) 성분이 합금화가 진행됨을 알 수 있었고, 본 발명의 구리-은 합금 다공질금속은 3차원적으로 서로 연결된 기공조직의 단위체적당 극대화된 표면적 특성에 기인한 유체와의 높은 접촉효율을 통해 항균 기능성 효과를 발휘하기 때문에 모재 내부로의 은(Ag) 성분의 합금화 진전은 본 발명이 개선하고자 하는 기본적인 목적에 별다른 도움이 되지 않는다고 하겠다. 또한 작업 시간 증가에 따른 작업 수율 및 제조경비를 감안할 때, 3.8~22% 범위의 은(Ag) 성분비를 갖는 구리-은 합금 다공질금속이 최적의 작업 수율 및 합금화 진 전을 기대할 수 있는 우수한 항균 기능성을 갖는 구리-은 합금 다공질금속이라 하겠다.

하기에는 구리(96.2%),은(3.8%) 성분 조성의 구리-은 합금 다공질금속의 항균시험결과를 나타낸 것이다.

구리-은 합금 다공질금속의 항균시험방법으로 대장균(Escherichia Coli ATCC25922),황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC6538)의 공시균을 진탕 배양 시킨 후, 배양된 세균을 희석하여 시험에 사용하였다. 표2.은 구리-은 합금 다공질금속의 세균에 대한 항균시험을 실시하여 항균능력을 확인한 결과를 나타낸 것이다.

표 2. 항균력 시험결과

표 2에서와 같이 구리-은 합금 다공질금속(Cu-Ag Alloy Porous Metal)에 대한 항균 활성 능력을 시험한 결과, 대장균(E.Coli)은 초기 「4.8*10³CFUmL」에서 24 시간 후 대조시료에서는 「1.3*10⁷ CFU/mL」으로 증가하였고, 구리-은 합금다공질금속에서는 「<10CFU/mL」의 결과를 얻었다. 또한 황색포도상구균(S.aureus)은 초기 「3.3*10³ CFU/mL」에서 24시간 후 대조시료에서는 「4.2*10⁶ CFU/mL」으로 증가하였고, 구리-은 합금 다공질금속에서는 「<10 CFU/mL」의 결과를 얻었다. 대조시료의 경우는 초기 균수보다 24시간 배양된 후, 31.6배가 증가함을 확인할 수 있어서, 구리-은 합금다공질금속의 우수한 항균 성능을 확인할 수 있었다.

표 3. 은 이온 방출시험결과

또한 상기 표 3.은 20℃의 수도수를 8L/min 유속으로 흘려서 은 이온 방출 시험을 한 결과, 7.0㎍/L의 은 이온의 용출을 나타낸다.

구리-은 합금 다공질금속은, 상기의 방법 즉 팩세멘테이션법에 의한 합금화 방법이외에 용탕에 의한 정밀주조(Investment Casting)법, 합금분말 및 슬러리코팅에 의한 소결(Sintering)법, Plating법, CVD, PVD에 의한 방법을 포함하는 여러 방법으로 제조될 수 있으며, 상기의 방법에 한정하는 것은 아니다.

이에 본 발명에서는 은(Ag) 성분이 22%이상의 경우, 우수한 항균 성능을 보일 것으로 예상되나, 귀금속으로 분류되어 고가(高價)인 은(Ag)의 특성과, 합금작 업 공정에서의 작업시간 및 생산수율에 따른 경제적인 측면을 감안할 때, 3.8~22%의 은(Ag) 성분 범위를 갖는 구리-은 합금 다공질금속이 이상적이라 하겠다.

은(Silver)의 우수한 항균 기능성은 은 수저, 비녀, 은단 등 예부터 알려져 오고 있고, 일상생활에 친숙해져있다. 그러나 은(Ag)은 귀금속으로 분류되어있어서 그 우수한 항균 기능성 대비 고가 인 관계로 폭 넓은 제품 적용 및 보급이 어려운 것이 현실이다.

이에 본 발명에서는 은(Silver) 금속재 자체적으로 보유하고 있는 은 이온 방출 기능 및 우수한 항균 기능성과 구리(Copper)금속 재가 가지고 있는 항균 기능성을 동시에 제공할 수 있는 구리-은 합금 다공질금속(Cu-Ag Alloy Porous Metal)을 제공하여, 은(Ag)의 그 우수한 항균 기능성 효과를 국민 일상생활에 폭 넓고 저렴하게 보급하고 이용할 수 있게 하기 위해 고안되었다. 또한 산업분야에 있어서도 개선된 우수한 항균 기능성은 공기 정화 및 조화 장치, 수처리 장치 등의 다양한 용도 및 환경에 널리 사용될 수 있는 장점을 가지고 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량으로 84~95%의 알루미나, 3~10%의 은 및 2~6%의 활성화제를 포함하는 혼합분말로 다공성 구리 모재에 확산 열처리한 것을 특징으로 하는 구리-은 다공질 금속.
제 1 항에 있어서, 상기 다공질 금속의 표면성분은 중량으로 구리가 78~96.2%이고 은이 3.8~22%임을 특징으로 하는 구리-은 다공질 금속.
제 1 항에 있어서, 상기 다공질 금속의 기공 크기는 0.5~5mm이고, 구리모재의 두께는 1.2~20mm임을 특징으로 하는 구리-은 다공질 금속.
제 1 항에 있어서, 상기 활성화제는 KCl 또는 NH₄Cl임을 특징으로 하는 구리-은 다공질 금속.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 다공질 금속을 제조하는 방법으로서, 중량으로 84~95%의 알루미나, 3~10%의 은 및 2~6% 활성화제를 포함하는 혼합분말을 다공성 구리 모재에 확산시키기 위해 불활성 분위기에서 890~980℃의 온도 범위로 1~4시간 합금화 열처리 함을 특징으로 하는 구리-은 다공질 금속의 제조방법.