KR101426891B1 - 일라이트 나노분말의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일라이트 나노분말의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일라이트 원광을 볼밀기에 장입시킨 후, 3 내지 5 cm의 입경을 갖는 분쇄용 볼을 사용하여 볼밀링하여 일라이트 슬립으로 제조하는 단계; 상기 일라이트 슬립을 에트리션밀기에 장입시킨 후, 1 내지 2 mm의 입경을 갖는 분쇄용 비드를 사용하여 1차 에트리션 밀링하는 단계; 및 상기 1차 에트리션 밀링된 일라이트 슬립을 에트리션밀기에 장입시킨 후, 0.5 내지 0.8 mm의 입경을 갖는 분쇄용 비드를 사용하여 2차 에트리션 밀링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일라이트 나노분말의 제조방법을 제공한다.

Description

일라이트 나노분말의 제조방법{Manufacturing method of illite nanoparticles}

본 발명은 제조 공정이 단순하고, 균일한 입도분포를 갖는 고품위의 일라이트 나노분말의 제조방법에 관한 것이다.

일라이트는 폐수처리를 비롯한 환경분야, 양식장이나 가축들의 사료 보조제, 논-밭, 과수원이나 비닐하우스의 토량개량제, 정수용, 제지, 섬유, 의약품, 비누, 화장품, 건강보조기구 등 매우 폭 넓은 분야에 적용되고 있으며, 또한 입자형태, 유동성, 점성도와 pH 등의 특성을 이용하여 다양한 분야에 기능성 원료로 사용되고 있다.

일반적인 일라이트는 원광을 Impact 타입이나 Scrubbing 타입으로 파쇄하고 분급하여 이를 사용하였으며, 이러한 종전 방식은 미립자 고품위의 일라이트 수득량이 적으며, 특히 나노크기의 분말을 얻을 수 없었다.

최근 나노분말의 분쇄를 위해 많이 사용되는 방법 중 하나가 에트리션 밀링 법으로서, 에트리션밀은 원심력이 소직경 분쇄 미디어에 효과적으로 작용하도록 설계된 밀이다. 분쇄부는 짧은 원통형이고 내부에는 원통형 분쇄 미디어 교반용 로터가 있다. 교반용 로터의 고속회전력에 의해 소직경 분쇄 미디어가 회전운동도 하기 때문에 강력한 전달력으로 분쇄하는 방법이다.

거대 마이크로 영역의 분쇄와 달리 1㎛ 이하의 일라이트 나노 분말제조에는 분쇄 미디어가 더 이상 영향을 미치지 않아 분쇄가 이루어지지 않는 분쇄 영역이 있으며 이를 해결하기 위해 조건을 달리하여 원하는 크기 및 입도분포를 갖는 일라이트 분말의 제조방법이 지속적으로 요구되어 왔다.

한편, 한국공개특허 제2000-0002850호에서는 일반적인 크기로 파쇄한 일라이트 원료를 마찰분쇄기에 투입하여 320-2000 메쉬로 분쇄하고 분쇄실에 바람을 일으켜 분쇄된 분말을 닥터를 통해 사이클론으로 투입하여 필터로 여과하고 여과된 10,00O㎠/g 이상의 극세입자는 하이드로 셀파이드와 15 : 1의 체적비로 혼합하고 이를 밀개형 마찰분쇄기가 장치된 대구경 드럼에 투입한 후 물을 공급하여 뻑뻑 상태에서 50-60분간 마찰분쇄를 실시하여 백색으로 변한 반고체 상태를 얻고 다시 대구경드럼 속에 물을 채워서 마찰분쇄기를 회전시켜 백색 일라이트로부터 불순물과 수황화된 물질을 일탈시킨후 분쇄작업을 중지하고 물에 침전제 및 수황화물 중화제를 투입하여 침전시킨 후 물을 제거하고 침전물을 방사하여 건조기에서 150-200℃로 약 30분간 건조시키고 회전분쇄기에 투입하여 마찰 분쇄함으로써 얻어지는 일라이트의 극세분말 제조방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허 어디에도 본 발명과 같이 에트리션 밀링을 통해 분쇄용 비드의 입경과 농도를 조절하여 원하는 크기 및 입도분포를 갖는 일라이트 나노분말을 제조할 수 없었다.

이에, 본 발명의 목적은 제조 공정이 단순하고, 균일한 입도분포를 갖는 고품위의 일라이트 나노분말의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일라이트 원광을 볼밀기에 장입시킨 후, 3 내지 5 cm의 입경을 갖는 분쇄용 볼을 사용하여 볼밀링하여 일라이트 슬립으로 제조하는 단계; 상기 일라이트 슬립을 에트리션밀기에 장입시킨 후, 1 내지 2 mm의 입경을 갖는 분쇄용 비드를 사용하여 1차 에트리션 밀링하는 단계; 및 상기 1차 에트리션 밀링된 일라이트 슬립을 에트리션밀기에 장입시킨 후, 0.5 내지 0.8 mm의 입경을 갖는 분쇄용 비드를 사용하여 2차 에트리션 밀링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일라이트 나노분말의 제조방법을 제공한다.

상기 분쇄용 볼 또는 비드는 산화지르코늄 볼 또는 비드일 수 있다.

상기 볼밀링은 수평타입 볼밀링 장치의 회전부를 3 내지 7m/s의 속도로 8 내지 12 시간, 바람직하게는 5m/s의 속도로 8 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.

상기 1차 및 2차 에트리션 밀링은 800 내지 1,000 rpm에서 6 내지 8 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.

상기 에트리션 밀링은 일라이트 슬립과 분쇄용 비드가 중량비로 1:1 내지 1:3인 것이 바람직하다.

본 발명과 같이 제조된 상기 일라이트 나노분말은 300 내지 500 nm의 평균입경을 갖는다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 2차례의 에트리션 밀링을 통해 분쇄용 비드의 입경과 농도를 조절하여 균일한 입도분포를 갖는 고품위의 일라이트 나노분말을 손쉽게 제조할 수 있다.

도 1은 볼밀에 의하여 분쇄된 일라이트 슬립의 입도 분석 결과를 나타낸 것이고,
도 2는 2차 에트리션밀에 의해 분쇄된 일라이트 나노분말의 입도분석 결과를 나타낸 것이고,
도 3은 볼밀에 의하여 분쇄된 일라이트 분말의 주사전자현미경 이미지를 나타낸 것이고,
도 4는 2차 에트리션밀에 의해 분쇄된 일라이트 나노분말의 주사전자현미경 이미지를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 일라이트 나노분말을 제조하기 위하여, 먼저 일라이트 원광을 볼밀기에 장입시킨 후, 3 내지 5 cm의 입경을 갖는 분쇄용 볼을 사용하여 볼밀링하여 일라이트 슬립으로 제조한다.

일실시예로는, 일라이트 원광을 볼밀에 장입하고 분쇄 미디어인 30 mm, 20 mm, 10 mm, 5 mm, 3mm 산화지르코늄 볼을 이용하여 100 rpm에서 24시간 동안 분쇄시켜 평균 입자크기가 30 ㎛ 내지 50 ㎛의 입경을 갖는 일라이트 슬립을 제조한다.

그 후, 상기 일라이트 슬립을 에트리션밀기에 장입시킨 후, 1 내지 2 mm의 입경을 갖는 분쇄용 비드를 사용하여 1차 에트리션 밀링하여 나노 분체를 제조한다. 이때, 분쇄용 비드가 상기 입경을 벗어나면 입자 크기 분포가 불균일해지는 문제가 야기될 수 있다.

일실시예로는, 1.5 ㎜ 입경을 갖는 산화지르코늄 비드를 사용하여 800 rpm에서 6-8시간 동안 분쇄시켜 700 ㎚ 내지 800 ㎚의 입경을 갖는 나노 분체를 제조한다.

그리고, 상기 1차 에트리션 밀링된 일라이트 슬립을 에트리션밀기에 장입시킨 후, 0.5 내지 0.8 mm의 입경을 갖는 분쇄용 비드를 사용하여 2차 에트리션 밀링하여 나노 분체를 제조한다. 이때, 분쇄용 비드가 상기 입경을 벗어나면 입자 크기 분포가 불균일해지는 문제가 야기될 수 있다.

일실시예로는, 0.5 ㎜ 입경을 갖는 산화지르코늄 비드를 사용하여 800 rpm에서 6-8시간 동안 분쇄시켜 300 ㎚ 내지 500 ㎚의 입경을 갖는 나노 분체를 제조한다.

이때 사용되는 산화지르코늄 비드는 밀링 과정 중 일라이트 입자에 충격 에너지를 전달하여 분쇄를 돕는 것으로서, 비드의 입경 및 슬러리 중의 포함 농도가 분쇄 수율을 좌우한다. 한편, 일반적인 분쇄공정에서는 분쇄 미디어로 알루미나 볼을 많이 사용하지만 분쇄동안 마모로 인한 성분의 변화와 슬립의 pH의 변화에 영향을 미치는 한계가 있었다.

산화지르코늄 비드의 입경과 더불어 슬립 중의 산화지르코늄 비드 입자의 농도 또한 분쇄수율을 좌우한다. 산화지르코늄 비드 입경을 한정한 이유와 마찬가지 이유로, 일라이트 슬립과 분쇄용 비드가 중량비로 1:1 내지 1:3인 것이 바람직하다.

본 발명과 같이 제조된 상기 일라이트 나노분말은 300 내지 500 nm의 평균입경을 갖는다.

이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 일라이트 나노분말 제조

1.5톤 볼밀에 원광(일라이트) 1톤, 5cm 산화지르코늄 볼 1톤, 물 700kg을 넣고 5m/s의 속도로 24시간 볼밀링 하였다. 24시간 볼밀 후 제조된 일라이트 슬립을 2L 에트리션밀에 평균직경이 2 mm인 산화지르코늄 비드 3 kg과 일라이트 스립 3kg을 장입한 후 로터의 속도는 800 rpm으로 하여 1차 에트리션밀링 하였다. 1차 에트리션밀링을 6시간 수행하고 생성된 일라이트 슬립 1kg을 같은 2L 에트리션밀에 평균직경이 0.8 mm인 산화지르코늄 비드 3kg을 넣고 6시간 2차 에트리션밀링 하였다. 2차 에트리션밀링 과정에서도 로터 속도를 800 rpm으로 유지하였다. 이러한 제조방법으 통해 평균 입경이 300㎚인 일라이트 나노분말을 얻었다.

<실시예 2> 일라이트 나노분말 특성 분석

1. 입도 분석

앞선 실시예에서 얻어진 일라이트 나노분말의 입도분석을 레이저 입도분석기(PSA, LS230&N4PLUS, Coulter, US)를 이용하여 수행하였으며, 그 결과는 도 1과 도 2와 같다.

2. 주사전자현미경(SEM) 분석

앞선 실시예에서 얻어진 일라이트 나노분말을 주사전자현미경을 이용하여 분석한 결과, 도 3(SEM, S-2300, Hitachi, Japan)과 도 4(FE-SEM, S-4200, Hitachi, Japan)과 같다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (6)

1. 일라이트 원광을 볼밀기에 장입시킨 후, 3 내지 5 cm의 입경을 갖는 분쇄용 볼을 사용하여 3 내지 7m/s의 속도로 8 내지 12 시간 동안 볼밀링하여 일라이트 슬립으로 제조하는 단계;
   상기 일라이트 슬립을 에트리션밀기에 장입시킨 후, 1 내지 2 mm의 입경을 갖는 분쇄용 비드를 사용하여 1차 에트리션 밀링하는 단계; 및
   상기 1차 에트리션 밀링된 일라이트 슬립을 에트리션밀기에 장입시킨 후, 0.5 내지 0.8 mm의 입경을 갖는 분쇄용 비드를 사용하여 2차 에트리션 밀링하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 일라이트 나노분말의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 분쇄용 볼 또는 비드는 산화지르코늄 볼 또는 비드인 것을 특징으로 하는 일라이트 나노분말의 제조방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 1차 및 2차 에트리션 밀링은 800 내지 1,000 rpm에서 6 내지 8 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 일라이트 나노분말의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 에트리션 밀링은 일라이트 슬립과 분쇄용 비드가 중량비로 1:1 내지 1:3인 것을 특징으로 하는 일라이트 나노분말의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 일라이트 나노분말은 300 내지 500 nm의 평균입경을 갖는 것을 특징으로 하는 일라이트 나노분말의 제조방법.
   
   

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