KR101899075B1 - Nanostructured composite having long-lasting antibacterial and antibiofouling property and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
장기지속성 항균 또는 항바이오파울링 성능을 나타내는 나노구조 복합체 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 나노구조 복합체는 기공체-위성 나노입자 복합체를 감싸는 친수성 또는 양쪽성(내층)/친유성(외층) 이중의 기공체 나노쉘 구조를 갖춤으로써, 복합체 내부에 봉입되는 위성 나노입자의 양을 극대화하고, 위성 나노입자로부터 복합체 표면까지의 거리를 균일하게 제어하고, 복합체로부터 위성 나노입자 자체의 이탈을 방지함으로써, 장기간 유효한 즉, 장기지속성의 항균 또는 항-바이오파울링 성능을 나타낼 수 있다.Disclosed is a nanostructure composite exhibiting long-lasting antimicrobial or anti-biofouling performance and a method for producing the same. The nanostructured composite has a hydrophilic or amphoteric (inner layer) / lipophilic (outer layer) double porous nanoshell structure surrounding the porous-satellite nanoparticle complex, thereby maximizing the amount of the satellite nanoparticles enclosed in the complex And can exhibit long-term, long-lasting antibacterial or anti-biofouling performance by uniformly controlling the distance from the satellite nanoparticles to the surface of the complex and preventing the satellite nanoparticles from escaping from the complex.
Description
장기지속성 항균 또는 항바이오파울링 성능을 나타내는 나노구조 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로는 장기지속성 항균 또는 항바이오파울링 성능을 나타내는 나노구조 복합체, 이를 포함하는 조성물, 및 도료, 코팅층, 섬유, 세라믹, 또는 플라스틱 등의 물품, 그리고, 상기 나노구조 복합체의 제조방법에 관한 것이다.Long-lasting antimicrobial or antibiotic fouling performance, and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a nanostructure composite exhibiting long-term sustainable antibacterial or antibiotic fouling performance, a composition containing the nanostructure composite, and an article such as a paint, a coating layer, a fiber, a ceramic, or a plastic, .
나노기술의 발전과 함께 은 나노입자 및 은 나노복합체를 이용한 항균 조성물들이 개발되면서 이를 적용한 항균 제품들이 생산 소비되고 있다. 특히 환경과 위생에 관한 관심이 높아짐에 따라 의료기기나 병원용품 뿐만 아니라 일상생활용품, 가전제품, 또는 건축자재 등으로 그 적용범위가 확대되는 추세이다. With the development of nanotechnology, antimicrobial compositions using silver nanoparticles and silver nanocomposites have been developed and antimicrobial products using them have been produced and consumed. Especially, as the interest in environment and hygiene has increased, the application range of medical devices and hospital products as well as everyday household appliances, household appliances, and building materials are increasing.
은 나노입자는 (1) 입자 자체로써, (2) 산화되어 은 이온을 방출함으로써, (3) 활성 산소종을 방출함으로써 항균 특성을 나타내며, 대기 중의 산소에 의해 또는 수용액에 용해된 산소에 의해 산화되어 서서히 은 이온 및 활성 산소종을 방출한다. 따라서 고체 상태로 공기 중에 노출되어 항균특성을 나타내야하는 에어필터 코팅제의 경우에는, 코팅된 은 나노입자가 걸러진 유해미생물과 직접 접촉할 때 항균효과가 극대화되는 반면, 수용액 중의 은 나노입자는 나노입자 자체 및 이로부터 방출된 은 이온과 활성 산소종이라는 세 가지 물질로 항균효과를 내기 때문에 은 나노입자의 크기와 농도, 시간, 은 나노입자를 포함하는 복합체의 구조 등에 따라 그 영향력이 달라진다. Silver nanoparticles can be classified as (1) particles themselves, (2) oxidizing and releasing silver ions, (3) releasing active oxygen species, exhibiting antibacterial properties, and being oxidized by oxygen in the air, And gradually releases silver ions and active oxygen species. Therefore, in the case of an air filter coating agent which is required to exhibit antibacterial properties by being exposed to the air in a solid state, the silver nanoparticles in the aqueous solution maximize the antibacterial effect when the coated silver nanoparticles are directly in contact with the filtered harmful microorganisms, And the silver ions and active oxygen species released from the silver nanoparticles have antimicrobial effect. Therefore, the influence of silver nanoparticles varies depending on the size and concentration of silver nanoparticles, the time, the structure of silver nanoparticles, and the like.
은 나노입자가 산화되어 은 이온을 방출하는 특성을 이용하여 은 나노입자를 직접 페인트 조성물 또는 코팅 조성물과 함께 섞어서 장기간의 항균 효과를 이용하려는 노력이 계속되었다. 그러나 은 나노입자가 페인트 조성물 또는 코팅 조성물 내에서 응집되는 특성 때문에 균일한 조성물을 제조하기 어려울 뿐만 아니라, 설혹 어렵게 코팅을 하더라도 유기물과 무기물의 팽윤 특성 등이 다르기 때문에 수분이 많은 조건에서는 은 이온의 방출속도를 제어하기 어렵고 은 나노입자가 팽윤된 폴리머의 틈새를 이용해 이탈할 수 있어서 은 이온의 안정된 방출속도를 확보하기 어렵다. Efforts have been made to utilize the long-term antimicrobial effect by mixing the silver nanoparticles directly with the paint composition or coating composition using the characteristic that silver nanoparticles are oxidized and release silver ions. However, silver nanoparticles are difficult to produce a uniform composition due to their agglomeration characteristics in the paint composition or coating composition, and even when the coating is difficult, the swelling characteristics of organic and inorganic materials are different. Therefore, It is difficult to control the speed and it is difficult to secure a stable release rate of the silver ion since the silver nanoparticles can be separated using the gap of the swollen polymer.
따라서, 분산성 및 물리화학적 안정성을 확보하면서도, 장기간 유효한 항균 또는 항바이오파울링 효과를 낼 수 있는 금속 나노복합 구조의 개발이 요구되고 있다.Therefore, development of a metal nanocomposite structure capable of achieving long-term effective antimicrobial or anti-biofouling effect while maintaining dispersibility and physico-chemical stability is required.
본 발명의 일 측면은 장시간 유효한 항균 또는 항바이오파울링 성능을 나타낼 수 있는 나노구조 복합체를 제공하는 것이다.An aspect of the present invention is to provide a nanostructured composite which can exhibit long-term effective antibacterial or antibiotic fouling performance.
본 발명의 다른 측면은 상기 나노구조 복합체를 포함하는 항균 또는 항바이오파울링 조성물이 제공된다.Another aspect of the present invention provides an antimicrobial or antibiotic fouling composition comprising the nanostructure complex.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 나노구조 복합체의 제조방법이 제공된다.Yet another aspect of the present invention provides a method of making the nanostructure composite.
본 발명의 일 측면에서는, In one aspect of the invention,
중심 기공체 및 상기 중심 기공체의 표면에 결합된 위성 나노입자를 포함하는 기공체-위성 나노입자 복합체;A core porous body and satellite nanoparticles comprising satellite nanoparticles bonded to the surface of the central porous body;
상기 기공체-위성 나노입자 복합체의 표면을 덮는 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘; 및A hydrophilic or ampholy porous nanoshell covering the surface of the porous body-satellite nanoparticle composite; And
상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 쉘의 표면을 덮는 친유성 기공체 나노쉘;A lipophilic porous nano shell covering the surface of the hydrophilic or amphiphilic porous shell;
을 포함하는 나노구조 복합체가 제공된다.≪ / RTI > is provided.
상기 기공체-위성 나노입자 복합체는,The porous body-satellite nano-
중심 기공체;Center porosity;
상기 중심 기공체의 표면에 제1 말단이 공유결합되고, 제2 말단에 기능기를 포함하는 분자; 및A molecule having a first end covalently bonded to the surface of the central porous body and a functional group at a second end; And
상기 기능기를 감싸면서, 상기 기능기에 결합한 5nm 내지 50nm 크기의 위성 나노입자;를 포함하는 구조를 가질 수 있다.And a satellite nanoparticle having a size of 5 nm to 50 nm bonded to the functional group while surrounding the functional group.
상기 나노구조 복합체의 외경은 100nm 내지 10 ㎛일 수 있다.The outer diameter of the nanostructure composite may be 100 nm to 10 탆.
상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘의 두께는 1nm 내지 50nm일 수 있다.The thickness of the hydrophilic or ampholyte nanosphere may be 1 nm to 50 nm.
상기 친유성 기공체 나노쉘의 두께는 1nm 내지 30nm일 수 있다.The thickness of the lipophilic porous nano-shell may be 1 nm to 30 nm.
상기 중심 기공체 및 상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘은 각각 독립적으로 실리카, 제올라이트 및 알루미나 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The central porous body and the hydrophilic or ampholy porous nanoshell may each independently include at least one selected from silica, zeolite and alumina.
상기 친유성 기공체 나노쉘은 탄소수 4 내지 20의 지방족 탄화수소가 결합된 실리카, 제올라이트 및 알루미나 중에서 선택하거나, 폴리(알킬렌옥사이드)블록 코폴리머 또는 계면활성제를 포함하는 실리카, 제올라이트 및 알루미나 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The lipophilic porous nano-shell may be selected from silica, zeolite and alumina bonded with aliphatic hydrocarbons having 4 to 20 carbon atoms, or at least selected from among silica, zeolite and alumina containing a poly (alkylene oxide) block copolymer or a surfactant One can be included.
상기 친유성 기공체 나노쉘은 옥타데실기가 결합된 실리카 나노쉘 구조를 가질 수 있다.The lipophilic porous nano-shell may have a silica nanoshell structure bonded with an octadecyl group.
상기 분자는 2 내지 20 개의 탄화수소 사슬을 포함하고, 상기 제2 말단의 기능기는 아민기, 싸이올기 및 카르복실기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.The molecule includes 2 to 20 hydrocarbon chains, and the functional group at the second terminal may be at least one selected from the group consisting of an amine group, a thiol group and a carboxyl group.
상기 위성 나노입자는 금속 나노입자, 금속산화물 나노입자 또는 이들의 조합일 수 있다.The satellite nanoparticles may be metal nanoparticles, metal oxide nanoparticles, or a combination thereof.
상기 금속 나노입자는 Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Co 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,Wherein the metal nanoparticles include at least one selected from the group consisting of Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Co,
상기 금속산화물 나노입자는 FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, TiO2, ZrO2, CeO2, Al2O3, MgO, ZnO, Cu2O, 및 CuO로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The metal oxide nanoparticles are FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, CoFe 2 O 4, NiFe 2 O 4, MnFe 2 O 4,
예를 들어, 상기 위성 나노입자는 은 나노입자, 구리 나노입자, 은과 구리의 합급 또는 은과 구리의 이종금속 나노입자를 포함할 수 있다. For example, the satellite nanoparticles may include silver nanoparticles, copper nanoparticles, a combination of silver and copper, or dissimilar metal nanoparticles of silver and copper.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 나노구조 복합체를 포함하는 조성물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a composition comprising the above nanostructure complex.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 나노구조 복합체를 포함하는 항균 또는 항바이오파울링 물품이 제공된다. 상기 항균 또는 항바이오파울링 물품은 도료, 코팅층, 섬유, 세라믹, 또는 플라스틱일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an antimicrobial or antibiotic fouling article comprising the nanostructure complex described above. The antimicrobial or anti-biofouling article may be a coating, a coating layer, a fiber, a ceramic, or a plastic.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 나노구조 복합체를, 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘에 위성 나노입자의 이온화된 용액을 가두어 두었다가 자연건조에 의해 염이나 금속 나노입자로 환원시켜 투과전자현미경으로 기공의 크기를 관측하는 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a nanostructure composite, which comprises: impregnating an ionized solution of a satellite nanoparticle into a hydrophilic or amphoteric porous nanoshell; subjecting the nanostructure complex to a salt or metal nanoparticle by natural drying; A method of observing the size of the pores is provided.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,
물을 용매로 사용하여, 중심 기공체 및 상기 중심 기공체의 표면에 결합된 위성 나노입자를 포함하는 제1 복합체를 분산시킨 제1 용액을 얻는 단계;Using water as a solvent to obtain a first solution in which a first composite containing a central porous body and satellite nanoparticles bonded to the surface of the central porous body is dispersed;
상기 제1 용액에 상기 물 100 부피비 기준으로 90 내지 110 부피비의 알코올, 암모니아수 촉매, 및 전구체 물질로서 실리카 전구체, 제올라이트 전구체 및 알루미나 전구체 중에서 선택되는 적어도 하나를 차례로 가한 다음 솔젤반응을 진행함으로써, 상기 제1 복합체 표면에 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘을 형성한 제2 복합체를 얻는 단계; 및The first solution is added with at least one selected from the group consisting of a silica precursor, a zeolite precursor and an alumina precursor as an alcohol, an ammonia water catalyst, and a precursor material in an amount of 90 to 110 parts by volume based on 100 parts by volume of the water, 1 complex to form a hydrophilic or ampholy porous nanoshell; And
상기 제2 복합체를 알코올에 분산시킨 제2 용액에 물 촉매와 암모니아수 촉매를 가한 후, 전구체 물질로서 실리카 전구체, 제올라이트 전구체 및 알루미나 전구체 중에서 선택되는 적어도 하나를 가한 다음 솔젤반응을 진행함으로써, 상기 제2 복합체 표면에 친유성 기공체 나노쉘을 형성한 제3 복합체를 얻는 단계;Adding a water catalyst and an ammonia water catalyst to a second solution in which the second composite is dispersed in alcohol, adding at least one selected from a silica precursor, a zeolite precursor and an alumina precursor as a precursor material, Obtaining a third complex having a lipophilic porous nanosphere formed on the surface of the composite;
를 포함하는 나노구조 복합체의 제조방법이 제공된다.The method comprising the steps of:
상기 알코올은 에탄올일 수 있다.The alcohol may be ethanol.
상기 제2 복합체를 얻는 단계에서, 상기 전구체 물질로서 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 또는 이들의 조합을 포함하는 실리카 전구체를 사용할 수 있다.In the step of obtaining the second composite, a silica precursor containing tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, or a combination thereof may be used as the precursor material.
상기 제3 복합체를 얻는 단계에서, 상기 전구체 물질로서 테트라에톡시실란 및 옥타데실트리메톡시실란의 혼합물을 사용할 수 있다.In the step of obtaining the third composite, a mixture of tetraethoxysilane and octadecyltrimethoxysilane may be used as the precursor material.
상기 제조방법은 빛을 차단한 비활성 분위기 하에서 수행될 수 있다.The preparation method can be carried out under an inert atmosphere in which light is blocked.
일 구현예에 따른 상기 나노구조 복합체는 기공체-위성 나노입자 복합체를 감싸는 친수성 또는 양쪽성(내층)/친유성(외층) 이중의 기공체 나노쉘 구조를 갖춤으로써, 복합체 내부에 봉입되는 위성 나노입자의 양을 극대화하고, 위성 나노입자로부터 복합체 표면까지의 거리를 균일하게 제어하고, 복합체로부터 위성 나노입자 자체의 이탈을 방지함으로써, 장기간 유효한 즉, 장기지속성의 항균 또는 항-바이오파울링 성능을 나타낼 수 있다.The nanostructured composite according to an embodiment has hydrophilic or amphoteric (inner layer) / lipophilic (outer layer) double porous nanoshell structure surrounding a porous-satellite nanoparticle composite, By maximizing the amount of particles, by uniformly controlling the distance from the satellite nanoparticles to the surface of the complex, and by preventing the satellite nanoparticles from escaping from the complex itself, long-term effective long-term antimicrobial or anti-biofouling performance .
도 1a는 일 실시예에 따른 나노구조 복합체의 출발물질로 사용되는 기공체-위성 나노입자 복합체(제 1 복합체)의 단면 개략도이고, 도 b는 최종적으로 얻어진 일 실시예에 따른 나노구조 복합체(제 3 복합체)의 단면 개략도이다.
도 2는 실시예 1에서 TEOS의 양과 반응 스케일을 변화시키면서 합성한 SAgSN 복합체 입자의 TEM 이미지(좌측)와 입자 일부분을 확대한 TEM 이미지(우측)이다.
도 3은 실시예 2에서 반응 스케일을 변화시키거나 친유성 쉘의 두께를 변화시키는 조건에서 합성한 SAgSS o 복합체 입자의 TEM 이미지이다.
도 4는 실시예 3에서 TEM 그리드 위의 제 3 복합체 시료를 천천히 자연 건조하여 얻은 Z-contrast HAADF-STEM 이미지(a)와 (a)를 확대한 이미지(b) 및 (b)에 대해 원소 맵핑한 이미지이다.
도 5a 내지 도 5c는 실시예 4에서 시간에 따른 각 복합체의 수중 은 이온 용출 평가와 함께 분석한 TEM 이미지이다.
도 6a 내지 도 6d는 각각 실시예 5에서 복합체를 포함하는 페인트 칠의 시간에 따른 수중 은 이온 용출 실험 셋팅(a), 은 이온 용출 평가 결과(b), 은 이온 용출 실험 전과 후의 페인트 칠 사진(c) 및 은 이온 용출 실험 후에 각 페인트 칠의 단면 부분 SEM 이미지(d)이다.
도 7은 실시예 6에서 복합체를 포함하는 페인트 칠의 지표수중 바이오파울링 평가 실험 셋팅(a)과 바이오파울링 실험 전과 후에 페인트 칠 사진(b)이다.FIG. 1A is a cross-sectional schematic view of a porous body-satellite nanoparticle composite (first composite) used as a starting material of a nanostructure composite according to an embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional schematic view of a
2 is a TEM image (left) of a SAgS N composite particle synthesized by changing the amount of TEOS and a reaction scale in Example 1, and a TEM image (right image) in which a part of the particle is enlarged.
3 is a TEM image of a SAgSS o composite particles prepared in Example 2, conditions for changing the thickness of the shell to change the oil in the reaction scale or the parent.
Figure 4 shows the Z-contrast HAADF-STEM image (a) obtained by slowly and naturally drying the third composite sample on the TEM grid in Example 3 and the element mapping (b) and (b) It is an image.
FIGS. 5A to 5C are TEM images of an aqueous solution of each complex according to time in Example 4, together with ion elution evaluation. FIG.
FIGS. 6A to 6D are graphs showing the relationship between the silver ion dissolution test setting (a), the silver ion dissolution evaluation result (b), and the paint image before and after the silver ion dissolution experiment c) and a cross-sectional partial SEM image (d) of each painting after the silver ion dissolution experiment.
Fig. 7 is a photograph of a biofouling evaluation experiment (a) and a picture (b) painted before and after the biofouling experiment in the surface water of the paint including the composite in Example 6.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 구현 예를 도시한 것으로서, 이는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
일 측면에 따른 나노구조 복합체는, The nanostructured composite according to one aspect,
중심 기공체 및 상기 중심 기공체의 표면에 결합된 위성 나노입자를 포함하는 기공체-위성 나노입자 복합체;A core porous body and satellite nanoparticles comprising satellite nanoparticles bonded to the surface of the central porous body;
상기 기공체-위성 나노입자 복합체의 표면을 덮는 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘; 및A hydrophilic or ampholy porous nanoshell covering the surface of the porous body-satellite nanoparticle composite; And
상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 쉘의 표면을 덮는 친유성 기공체 나노쉘;A lipophilic porous nano shell covering the surface of the hydrophilic or amphiphilic porous shell;
을 포함한다..
상기 나노구조 복합체는, 구형 기공체 입자내에 여기저기 금속 나노입자가 흩어져 있는 것에 비하여, 표면 가까이 동심원상으로 균일한 분포를 갖게 하고 동시에 가능한 한 커다란 금속 나노입자를 사용함으로써 봉입되는 금속의 양을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 금속 이온의 방출속도를 제어할 수 있다. The nanostructured composite has a uniform distribution in a concentric circle near the surface and at the same time a metal nanoparticle as large as possible is used as compared with a case where metal nanoparticles are dispersed in a spherical porous particle, And the release rate of metal ions can be controlled.
상기 나노구조 복합체는, 도 1a에 나타낸 기공체-위성 나노입자 복합체를 출발물질로 사용하여, 도 1b에 나타낸 바와 같이 기공체-위성 나노입자 복합체 표면에 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘(40) 및 친유성 기공체 나노쉘(50)의 이중의 나노쉘 구조를 형성함으로써, 위성 나노입자로부터 나노구조 복합체 표면까지의 거리를 균일하게 제어하고, 나노구조 복합체로부터 위성 나노입자 자체의 이탈을 방지할 수 있다. 이를 통해 장기지속성의 항균 또는 항바이오파울링 효과를 나타낼 수 있다.The nanostructure composite is prepared by using the porous material-satellite nanoparticle composite shown in FIG. 1A as a starting material, and then forming a hydrophilic or ampholy
먼저, 도 1a에 도시된 기공체-위성 나노입자 복합체(이하 '제1 복합체'라고도 함)에 대해 설명한다. 도 1a의 우측 상단은, 기능기를 포함하는 분자를 통해 기공체(10)와 위성 나노입자(20) 간의 결합 관계를 확대해서 나타낸 것이다.First, the porous body-satellite nanoparticle composite (hereinafter also referred to as "first composite") shown in FIG. 1A will be described. 1A is an enlarged view of the bonding relationship between the
일 실시예에 따르면, 상기 기공체-위성 나노입자 복합체(제1 복합체)는 중심 기공체(10), 상기 기공체(10)의 표면에 제1 말단이 결합하고 있고, 제2 말단에 기능기(32)를 포함하는 분자(30), 및 상기 기능기(32)를 감싸면서 상기 기능기(32)에 결합한 5nm 내지 50nm 크기의 위성 나노입자(20);를 포함하는 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment, the porous body-satellite nanoparticle composite (first complex) has a core
상기 기공체(10)는 실리카, 티타니아, 지르코니아, 알루미나 및 지올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그 표면에 기능기를 가진 분자들이 용이하게 결합할 수 있고, 다공성에 의한 흡착 성능 향상의 효과를 기대할 수 있다. The
상기 기공체 (10)의 표면에 결합되는, 기능기를 포함하는 분자(30)로는 예를 들어 트리알콕시실란의 유도체를 사용할 수 있는데, 말단에 기능기를 갖고 탄화수소수가 2 내지 20인 탄소사슬의 다른 말단이 트리알콕시실란에 결합되어 있다. 따라서, 솔젤법을 적용하여 기공체(10) 표면에 쉽게 결합할 수 있다. 기공체(10)로 실리카 대신 알루미나 또는 제올라이트를 사용하는 경우에는 트리알콕시 알루미나 유도체 또는 트리알콕시실란 유도체를 사용해서 기공체(10)에 기능기를 제공할 수 있다. 상기 제2 말단의 기능기(32)는 아민기, 싸이올기 및 카르복실기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.As the
상기 위성 나노입자(20)는 기공체(10)에 결합된 분자(30)의 제2 말단의 기능기(32)에 위성 나노입자 시드(21)를 먼저 결합시키고, 상기 위성 나노입자 시드(21)을 성장시켜 기능기(32)를 감싸는 구조(22)로 성장시킨 것이다.The
상기 위성 나노입자(20)는 위성 나노입자 시드(21)를 기공체 표면에 부착시킨 후에 상온에서 성장시켜서 위성 나노입자가 기공체 표면의 유기분자를 감싸면서 자라나므로 단단하게 고정되도록 하여, 경제적이고 공정이 쉬운 장점이 있다. 또한, 위성 나노입자(20)를 조금 더 성장시키면 나노입자 간의 네트워킹이 일어나 기공체 표면에서 결코 떨어질 수 없는 튼튼한 구조가 된다. 상기 위성 나노입자를 이중의 나노쉘에 의해 나노구조 복합체 표면으로부터 균일한 거리를 갖고 복합체 내에 봉입될 수 있다.The
상기 위성 나노입자(20)는 금속 나노입자, 금속산화물 나노입자 또는 이들의 조합인 것일 수 있다. 상기 금속 나노입자는 예를 들어 Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Co 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 금속산화물 나노입자는 예를 들어 FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, TiO2, ZrO2, CeO2, Al2O3, MgO, ZnO, Cu2O 및 CuO로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 위성 나노입자(20)는 이들의 조합으로 이루어진 코어-쉘 구조의 나노입자인 것일 수 있다.The
예를 들어, 상기 위성 나노입자는 은 나노입자, 구리 나노입자, 은과 구리의 합급 또는 은과 구리의 이종금속 나노입자를 포함할 수 있다. 이들 나노입자는 입자 자체로서 또 공기 중에서 산화되어 은 또는 구리 이온 및 활성 산소종을 방출함으로써 우수한 항균 및 항바이오파울링 효과를 나타낼 수 있다.For example, the satellite nanoparticles may include silver nanoparticles, copper nanoparticles, a combination of silver and copper, or dissimilar metal nanoparticles of silver and copper. These nanoparticles can exhibit excellent antibacterial and antibiotic fouling effects by being oxidized in the air as particles themselves and releasing silver or copper ions and active oxygen species.
상기 위성 나노입자(20)는 크기가 5㎚ 내지 50 ㎚ 범위일 수 있다. 상기 범위에서, 나노구조 복합체 내부에 봉입되는 위성 나노입자의 함량을 극대화하여 많은 양의 항균 성분을 포함하도록 할 수 있다. 그러나, 50nm를 초과하면 위성 나노입자끼리 붙어서 기공체 전체를 덮는 일체형 쉘로 변할 가능성이 있다.The
상기 기공체-위성 나노입자 복합체(제1 복합체)는 예를 들어 한국 등록특허 제10-1304474427호에 개시된 방법을 참조하여 제조될 수 있다.The porous body-satellite nanoparticle complex (first complex) can be produced by referring to the method disclosed in Korean Patent No. 10-1304474427, for example.
이와 같이 준비된 기공체-위성 나노입자 복합체(제1 복합체) 표면에는 도 1b에서 보는 바와 같이, 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘(40) 및 친유성 기공체 나노쉘(50)의 이중 나노쉘 구조로 구성된다.As shown in FIG. 1B, on the surface of the prepared porous body-satellite nanoparticle composite (first composite), a double nanoshell structure of a hydrophilic or ampholy
친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘(40)은 보통 내부의 기공체(10)와 같은 물질일 수 있으며 다른 물질도 가능하지만, 위성 나노입자를 감싸기 위해서 기본적으로 친수성을 가지면서 양쪽성을 갖는 물질일 수 있다. 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘(40)은 예를 들어 실리카, 제올라이트, 및 알루미나 중에서 선택되는 물질일 수 있다. 솔젤반응을 거쳐 합성되는 실리카나 제올라이트와 같은 물질들은 비정질의 금속산화물(MO)로써 표면에 M-O-M, M-OH 또는 M-O- 형태의 작용기가 충분히 남아 있어서 극성 및 비극성 매질에 모두 분산되는 양쪽성을 나타낼 수 있다. 친수성 또는 양쪽성을 갖는 기공체 나노쉘(40)은 친유성의 기공체 나노쉘(50)이 용이하게 코팅될 수 있도록 할 수 있다.The hydrophilic or ampholy porous nano-
상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘의 두께는 1nm 내지 50nm일 수 있다. 친수성 또는 양쪽성 나노쉘 두께가 적어도 1nm 이상인 경우에 친유성 나노쉘이 용이하게 생성될 수 있도록 하며, 나노쉘의 두께가 너무 두꺼우면 위성 나노입자의 산화반응과 위성 나노입자로부터의 금속 이온 및 활성 산소종을 포함하는 수용액의 확산 속도가 너무 느려서 항균, 항바이오파울링 효과가 약해질 수 있기 때문에 50 nm 이하인 것이 바람직하다.The thickness of the hydrophilic or ampholyte nanosphere may be 1 nm to 50 nm. Hydrophilic or ampholytic nanoshell thicknesses of at least 1 nm allow the lipophilic nanoshells to be readily produced, and if the thickness of the nanoshell is too thick, the oxidation reaction of the satellite nanoparticles and the metal ion and activity The diffusion rate of the aqueous solution containing the oxygen species is too slow, so that the antibacterial and antibiotic fouling effect can be weakened, so that it is preferably 50 nm or less.
친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘(40) 표면에는 친유성 기공체 나노쉘(50)를 형성한다.On the surface of the hydrophilic or ampholy porous nano-
친유성 기공체 나노쉘(50)을 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘(40) 표면을 감쌈으로써, 위성 나노입자로부터 금속 이온이 친유성 기공체 나노쉘(50)을 통해 용출되더라도 최외각의 쉘 구조가 와해되지 않게 유지할 수 있으며, 유성 도료나 코팅제 등에서의 균일한 분산성을 확보하고 장기간 안정되게 금속 이온을 방출할 수 있는 나노구조 복합체를 제공할 수 있다.Even if the metal ions are eluted from the satellite nanoparticles through the lipophilic porous nano-
또한, 친유성 기공체 나노쉘(50)로 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘(40) 표면을 감쌈으로써, 공기에 의해 산화 및 확산되어 나오던 은 이온 및 활성 산소종을 포함하는 수용액을 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘의 기공에 일시적으로 가두어 둘 수 있으며, 상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘의 기공에 갇힌 은 이온이 빛에 의해 은 나노입자로 환원되면서 친수성 또는 양쪽성 기공의 크기를 TEM 이미지로 볼 수 있는 획기적인 분석 방법을 제공할 수 있다. The surface of the hydrophilic or ampholy porous nano-
친유성 기공체 나노쉘(50)은 예를 들어, 탄소수 4 내지 20의 지방족 탄화수소가 결합된 실리카, 제올라이트 및 알루미나 중에서 선택되는 물질일 수 있다. 또는, 친유성 기공체 나노쉘(50)은 폴리(알킬렌옥사이드)블록 코폴리머를 포함하거나 cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)와 같은 계면활성제를 포함하는 조건에서 솔젤반응을 실시하여 친유성 기공을 형성하는 실리카, 제올라이트 및 알루미나 중에서 선택되는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 친유성 기공체 나노쉘은 옥타데실기가 결합된 실리카 나노쉘 구조를 가질 수 있다. The lipophilic porous nano-
상기 친유성 기공체 나노쉘(50)의 두께는 1nm 내지 30nm일 수 있다. 친유성 기공체 나노쉘의 두께가 적어도 1 nm 이상에서 위성 나노입자를 오래도록 가두어 둘 수 있고, 친유성(소수성) 나노쉘의 두께가 너무 두꺼우면 물을 튕겨내는 특성으로 인해 금속 이온을 포함한 수용액을 확산시킬 수 없게 되므로 30 nm 이하인 것이 바람직하다.The thickness of the lipophilic porous nano-
상기 나노구조 복합체의 외경은 100nm 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 범위의 외경을 가질 때, 나노구조 복합체의 응집이 쉽게 일어나지 않도록 할 수 있고, 다른 조성물과 함께 섞어서 적절한 분산성을 확보할 수 있다. The outer diameter of the nanostructure composite may be 100 nm to 10 탆. When the outer diameter is in the above range, aggregation of the nanostructure composite can be prevented easily, and it can be mixed with other composition to ensure proper dispersibility.
또 다른 측면에 따른 상기 나노구조 복합체의 제조방법은, According to another aspect of the present invention,
물을 용매로 사용하여, 중심 기공체 및 상기 중심 기공체의 표면에 결합된 위성 나노입자를 포함하는 제1 복합체를 분산시킨 제1 용액을 얻는 단계;Using water as a solvent to obtain a first solution in which a first composite containing a central porous body and satellite nanoparticles bonded to the surface of the central porous body is dispersed;
상기 제1 용액에, 상기 물 100 부피비 기준으로 90 내지 110 부피비의 알코올, 암모니아수 촉매, 및 전구체 물질로서 실리카 전구체, 제올라이트 전구체 및 알루미나 전구체 중에서 선택되는 적어도 하나를 차례로 가한 다음 솔젤반응을 진행함으로써, 상기 제1 복합체 표면에 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘을 형성한 제2 복합체를 얻는 단계; 및The first solution is added with at least one selected from the group consisting of a silica precursor, a zeolite precursor and an alumina precursor as an alcohol, an ammonia water catalyst, and a precursor material in an amount of 90 to 110 parts by volume based on 100 parts by volume of the water, Obtaining a second composite having hydrophilic or ampholytic porous nanospheres formed on the surface of the first composite; And
상기 제2 복합체를 알코올에 분산시킨 제2 용액에 물 촉매와 암모니아수 촉매를 가한 후, 전구체 물질로서 실리카 전구체, 제올라이트 전구체 및 알루미나 전구체 중에서 선택되는 적어도 하나를 가한 다음 솔젤반응을 진행함으로써, 상기 제2 복합체 표면에 친유성 기공체 나노쉘을 형성한 제3 복합체를 얻는 단계;를 포함한다.Adding a water catalyst and an ammonia water catalyst to a second solution in which the second composite is dispersed in alcohol, adding at least one selected from a silica precursor, a zeolite precursor and an alumina precursor as a precursor material, And obtaining a third complex having a lipophilic porous nanoshell formed on the surface of the composite.
일반적으로 금이나 은 나노입자는 에탄올 등의 알코올 용매에 분산하면 쉽게 응집되고 입자간 융합이 일어나서 못쓰게 된다. 상기 기공체-위성 나노입자의 제1 복합체도 표면에 위성 나노입자가 노출되어 있으므로 알코올에 분산하면 서로 응집되는 현상이 발생할 수 있다. 그래서, 보통의 St?ber process처럼 알코올을 용매로 사용하여 제 1 복합체를 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘로 감싸려고 하면 반응물들이 크게 덩어리져서 실패할 수 있다.Generally, when gold or silver nanoparticles are dispersed in an alcohol solvent such as ethanol, they are easily agglomerated and intergranular fusion occurs, which results in failure. Since the first complex of the porous body-satellite nanoparticles is exposed to the surface of the satellite nanoparticles, the particles may agglomerate when dispersed in alcohol. So, if you try to wrap the first complex with a hydrophilic or ampholy porous nanoshell using alcohol as a solvent, as in a normal St? Ber process, the reactants can become clumped and fail.
이에 반해, 일 구현예에 따른 상기 나노구조 복합체의 제조방법에서는, 먼저 용매로서 물을 사용하여 기공체-위성 나노입자의 제 1 복합체의 분산성을 최대한 확보하고 나서, 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘의 전구체 물질을 이용한 솔젤반응의 반응속도를 적절히 제어하기 위하여 물과 같은 양의 알코올을 추가하여 제 1 복합체 표면에 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘로 감싼 제 2 복합체를 제조할 수 있다. In contrast, in the method of preparing a nanostructured composite according to an embodiment, water is first used as a solvent to maximize the dispersibility of the first complex of the porous body-satellite nanoparticles, and then the hydrophilic or amphoteric porous nano- In order to appropriately control the reaction rate of the sol-gel reaction using the precursor material of the shell, a second complex comprising a hydrophilic or ampholyporous nanoshell on the surface of the first complex may be prepared by adding a water-like alcohol.
용매로서 물을 사용하여 기공체-위성 나노입자의 제 1 복합체의 분산성을 확보한 후에, 물과 같은 부피의 알코올을 추가하고 암모니아수 촉매를 가한 후에 재빠르게 실리카 전구체, 제올라이트 전구체 및 알루미나 전구체 중에서 선택되는 적어도 하나의 전구체 물질을 가하여 솔젤반응을 진행함으로써 제 1 복합체 표면에 균일한 두께의 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘을 갖고 분산성이 우수한 제 2 복합체를 제조할 수 있다.After securing the dispersibility of the first complex of the porous material-satellite nanoparticles by using water as a solvent, a volume of alcohol such as water is added, and an ammonia water catalyst is added, and then rapidly selected from a silica precursor, a zeolite precursor and an alumina precursor , The second complex having a hydrophilic or ampholytic porous nanoshell having a uniform thickness on the surface of the first composite and having excellent dispersibility can be prepared.
상기 제2 복합체를 얻는 단계에서, 상기 알코올은 예를 들어 에탄올을 사용할 수 있다. In the step of obtaining the second complex, the alcohol may be ethanol, for example.
상기 제2 복합체를 얻는 단계에서, 상기 전구체 물질로는 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 또는 이들의 조합을 포함하는 실리카 전구체를 사용할 수 있다. 이와 같이 제조한 제 2 복합체는 표면이 Si-O-Si, Si-OH, Si-O- 등으로 구성되어 있기 때문에 기본적으로 친수성을 나타내지만, 비극성 물질에서도 나쁘지 않은 분산성을 나타낼 수 있다.In the step of obtaining the second composite, the precursor material may be a silica precursor including tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, or a combination thereof. The second composite thus produced exhibits hydrophilicity basically because its surface is composed of Si-O-Si, Si-OH, Si-O - and the like, but may exhibit a poor dispersibility even in a nonpolar material.
제 2 복합체 표면에 친유성 기공체 나노쉘을 제조하기 위해서, 제 2 복합체를 알코올에 분산하고 물 촉매와 암모니아수 촉매를 가한 후에 실리카 전구체, 제올라이트 전구체 및 알루미나 전구체 중에서 선택되는 적어도 하나의 전구체 물질을 가하여 솔젤반응을 진행시킴으로써 제 3 복합체를 제조할 수 있다. In order to prepare the oleophilic porous nanoclust on the surface of the second composite, the second composite is dispersed in alcohol, and after adding a water catalyst and an ammonia water catalyst, at least one precursor material selected from a silica precursor, a zeolite precursor and an alumina precursor is added The third complex can be prepared by proceeding with the Solzel reaction.
상기 제3 복합체를 얻는 단계에서, 상기 알코올은 예를 들어 에탄올을 사용할 수 있다.In the step of obtaining the third complex, the alcohol may be ethanol, for example.
상기 제3 복합체를 얻는 단계에서, 상기 전구체 물질로는 예를 들어 테트라에톡시실란(TEOS) 및 옥타데실트리메톡시실란(ODTMS)의 혼합물을 사용할 수 있다. TEOS와 ODTMS의 양을 조절하여 친유성 실리카 나노쉘의 두께를 제어할 수 있다. In the step of obtaining the third composite, for example, a mixture of tetraethoxysilane (TEOS) and octadecyltrimethoxysilane (ODTMS) may be used as the precursor material. The thickness of the lipophilic silica nanoshell can be controlled by adjusting the amount of TEOS and ODTMS.
이렇게 제조된 제 3 복합체는 최외각의 친유성 실리카 나노쉘에 지방족 탄화수소가 결합되어 있어서, 비극성 용매에 균일하게 잘 분산되고 유성 도료나 코팅제 등과 균일하게 아주 잘 섞일 수 있다. 따라서 상기 제 3 복합체를 유성 물질에 추가하여 도포하거나 성형함으로써 장기지속성의 항균 또는 항바이오파울링 기능을 나타내는 제품을 제공할 수 있다. The third composite thus prepared has aliphatic hydrocarbons bound to the outermost lipophilic silica nanocosil, which can be uniformly and uniformly dispersed in the nonpolar solvent and can be uniformly mixed with the oil paint or coating agent. Therefore, the third complex can be applied or molded to an oily substance to provide a product exhibiting long-lasting antibacterial or anti-biofouling function.
상기 나노구조 복합체의 제조방법은 공기 중에서도 가능하지만, 빛을 차단한 비활성 분위기 하에서 더 잘 이루어질 수 있다.The nanostructure composite may be prepared in air, but it may be performed in an inert atmosphere in which light is blocked.
이와 같이 제조된 상기 나노구조 복합체는 유성 도료, 유성 코팅제, 세라믹, 섬유, 플라스틱 등에 항균 또는 항바이오파울링 성능을 부여하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 나노구조 복합체를 포함하는 조성물은 유성 도료 또는 유성 코팅제 등과 균일하게 잘 섞이고 분산될 수 있으며, 도포된 후에 금속 이온의 방출속도가 안정하게 장기간 제어되므로, 장기간 안정된 항균 또는 항바이로파울링 특성을 나타낼 수 있다.The nanostructured composite thus prepared can be used to impart antimicrobial or anti-biofouling properties to oil-based paints, oil-based coatings, ceramics, fibers and plastics. The composition comprising the nanostructured composite can be uniformly mixed and dispersed with the oil-based coating or the oil-based coating, and the release rate of the metal ion after the coating is controlled for a long period of time. Thus, a stable antibacterial or anti- .
상기 나노구조 복합체를 포함하는 조성물을 유성 도료, 코팅제, 섬유 조성물, 세라믹, 플라스틱 조성물 중의 하나와 혼합하여 도포 하거나 방사, 또는 성형함으로써, 항균 또는 항바이오파울링 기능이 부여된 도료막, 코팅층, 섬유, 세라믹, 플라스틱 등의 물품을 제공할 수 있다.A coating layer, a fiber layer, a coating layer, a coating layer, or the like, which has been imparted with an antibacterial or antibiotic fouling function by mixing, spraying, or molding a composition comprising the nanostructured composite with one of a lubricant coating, a coating composition, a fiber composition, , Ceramics, plastic, and the like can be provided.
상기 나노구조 복합체를 포함하는 조성물은 통상의 유성 물질에 섞어서 성형함으로써 항균 또는 항바이오파울링 기능을 부여할 수 있다.The composition comprising the nanostructure complex may be mixed with a conventional oily substance to form an antimicrobial or anti-biofouling function.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 이하의 실시예는 본 발명이 더욱 명확하고 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.EXAMPLES The following examples and comparative examples illustrate exemplary embodiments in more detail. The following examples are provided to further clarify and easily understand the present invention, and thus the scope of the present invention is not limited by these examples.
이하 실시예에서 사용한 기공체-위성 나노입자 복합체(제 1 복합체)는 한국등록특허 제10-1304427호에 따라 제조한 것을 사용하였으며, 평균 직경 250 nm인 기공체 표면에 약 30 nm 크기의 은 나노입자들을 균일하게 성장시켜서 제조하고 증류수에 분산시킨 제 1 복합체 용액(5.2 × 10 11 입자/mL, 0.0152 g/mL)을 사용하였다. The porous spherical nanoparticle composite (first composite) used in the following examples was prepared in accordance with Korean Patent No. 10-1304427. On the surface of a porous body having an average diameter of 250 nm, silver nanoparticles having a size of about 30 nm The first complex solution (5.2 x 10 11 particles / mL, 0.0152 g / mL) was prepared by uniformly growing the particles and dispersing them in distilled water.
이하 복합체의 이름으로부터 구조에 대한 이미지를 이해하기 쉽도록 하기 위해 제 1 복합체를 "SAg", 제 2 복합체를 "SAgS", 제 3 복합체를 "SAgSS o "로 약칭하였다. 복합체의 약칭에서 첫 번째 문자 S는 복합체의 중심에 있는 친수성 또는 양쪽성 실리카(S) 기공체를 의미하고; 두 번째 문자 Ag는 기공체 표면에 결합한 은(Ag)으로 구성된 위성 나노입자층을 의미하고; 세 번째 문자 S는 상기 기공체-위성 나노입자를 감싸는 친수성 또는 양쪽성 실리카(S) 기공체 나노쉘을 의미하고; 네 번째 문자 S o 는 상기 친수성 또는 양쪽성 실리카 기공체 나노쉘을 감싸는 친유성 실리카(So) 기공체 나노쉘을 의미한다. Hereinafter, the first complex is referred to as " SAg ", the second complex as " SAgS ", and the third complex as " SAgSS o " in order to facilitate understanding of the structure from the name of the complex. In the abbreviation of the complex, the first letter S means hydrophilic or amphoteric silica (S) porosity in the center of the complex; The second character, Ag , refers to a satellite nanoparticle layer composed of silver (Ag) bonded to the surface of the porous body; The third letter S means a hydrophilic or amphoteric silica (S) porous nanocosilver which surrounds said porous-satellite nanoparticles; And the fourth letter S o refers to a lipophilic silica (S o ) porous nanoshell surrounding the hydrophilic or amphiphilic silica porous body nanocapsule.
실시예Example 1: 양쪽성 1: Both sex 기공체Porosity 나노쉘로Nano shell 감싼 Wrapped 기공체Porosity -위성 나노입자 복합체 (제 2 복합체 = SAgS)의 제조- Preparation of satellite nanoparticle complex (second complex = SAgS)
상기의 제 1 복합체 용액 2.3 mL에 증류수 1.7 mL를 추가하고 잘 묽혀준 다음 4 mL의 에탄올을 넣고 5분간 저어주었다. 여기에 0.5 mL의 암모니아수를 넣고 5분간 저어준 다음 테트라에톡시실란(TEOS)을 필요량만큼 가하고 빛을 차단한 상태에서 3시간 동안 저어주었다. 20 nm 보다 두꺼운 쉘은 필요량의 TEOS를 2회에 걸쳐 나누어 가하고 1차분을 가한 후 3시간, 2차분을 가한 후 5시간 동안 저어주었다. 2회에 나누어 반응한 이유는 두 번에 나누어 가한 양을 합해서 한 번에 가하면 뭉쳐서 덩어리진 물질들이 생성되기 때문이다. 반응이 종료된 후 원심분리를 이용하여 고체 생성물을 에탄올로 씻어주고 에탄올에 분산하여 보관하였다. 각각의 반응 조건에서 반응물의 양에 따른 생성물(SAgS)의 TEM 이미지를 도 2에 나타내고 TEM 이미지로부터 양쪽성 기공체 나노쉘의 두께를 측정하여 반응조건과 함께 표 1에 나타냈다. TEM 이미지의 샘플명은 표 1의 제 2 복합체 샘플명과 일치하며, 제 2 복합체는 SAgSN (N = 1~6) 시리즈로 명명하였다. 표 1에서 표준 반응이라 함은 상기에 명기한 양의 반응물들을 이용한 반응이며, 이 조건을 스케일업한 반응의 경우에는 ×m 으로 표기하였다. 반응용액에서 제 1 복합체의 농도가 같을 경우 추가한 TEOS의 양이 증가할수록 기공체 나노쉘의 두께가 증가하는 것을 알 수 있다. 1.7 mL of distilled water was added to 2.3 mL of the above-mentioned first complex solution, diluted with 4 mL of ethanol, and stirred for 5 minutes. 0.5 mL of ammonia water was added thereto, and the mixture was stirred for 5 minutes. Tetraethoxysilane (TEOS) was added in the required amount, and the mixture was stirred for 3 hours while blocking the light. The shells thicker than 20 nm were divided into two portions of TEOS, and the first portion was added and the second portion was added for 3 hours, followed by stirring for 5 hours. The reason for the reaction in two times is that when the two doses are added together in one batch, they are aggregated to form lumps. After completion of the reaction, the solid product was rinsed with ethanol using centrifugation, and then dispersed and stored in ethanol. A TEM image of the product (SAgS) according to the amount of reactants under each reaction condition is shown in FIG. 2 and the thickness of the amorphous porous nanoshell is measured from the TEM image, and is shown in Table 1 together with the reaction conditions. The sample name of the TEM image corresponds to the second composite sample name in Table 1 and the second complex is named SAgS N (N = 1-6) series. In Table 1, the standard reaction is the reaction using the above-mentioned amounts of reactants. In the case of the reaction in which the condition is scaled up, the standard reaction is represented by x m. It can be seen that as the concentration of the first complex in the reaction solution is the same, the thickness of the porous nano-shell increases as the amount of added TEOS increases.
(표준×m)Reaction scale
(Standard × m)
(1차)TEOS, mL
(Primary)
(2차)TEOS, mL
(Secondary)
실시예Example 2: 양쪽성/ 2: Both sex / 친유성Lipophilic 이중의 Double 기공체Porosity 나노쉘로Nano shell 감싼 Wrapped 기공체Porosity -위성 나노입자 복합체 (제 3 복합체 = SAgSS- satellite nanoparticle complex (third complex = SAgSS oo )의 제조)
실시예 1에서 합성한 제 2 복합체 용액 2.8 mL (6.0 × 1011 입자/mL)를 취해 원심분리한 후에 에탄올 8 mL에 분산하였다. 이 용액에 증류수 0.24 mL와 암모니아수 0.16 mL를 가하고 10 분간 저어준 후에 TEOS 0.014 mL와 옥타데실 트리메톡시실란(ODTMS) 0.006 mL를 가하고 1일간 저어주었다. 더 두꺼운 친유성 나노쉘을 만들기 위해서는 표2와 같이 7:3 비율의 TEOS와 ODTMS를 늘려서 가하거나 추가로 가하고 하루 더 반응시켰다. 반응이 종료된 후에 원심분리하고 고체를 소량의 에탄올 및 에탄올/톨루엔 혼합용매로 씻어주고 톨루엔에 분산하여 보관하였다. 반응 스케일을 크게 하여 반응하고 반응물의 양에 따른 생성물의 TEM 이미지를 도 3에 나타내고 TEM 이미지로부터 양쪽성/친유성 기공체 이중 나노쉘의 두께를 측정하여 반응조건과 함께 표 2에 나타냈다. TEM 이미지에서 왼쪽은 여러 개의 복합체 입자를, 오른쪽은 1 개의 복합체 입자를 선택하여 표면 일부분을 확대한 이미지를 나타낸 것이고 아래쪽은 친유성 나노쉘 두께가 더 두꺼운 복합체 입자의 이미지를 나타낸 것이다. TEM 이미지의 샘플명은 표 2의 제 3 복합체 샘플명과 일치하며, 제 3 복합체는 SAgSS o n (n = 1, 5, 10) 시리즈로 명명하였다. 표 2에서 표준 반응이라 함은 상기에 명기한 양의 반응물들을 이용한 반응이며, 이 조건을 스케일업한 반응의 경우에는 ×n 으로 표기하였으며, 스케일업 반응의 경우에 TEOS와 ODTMS 만을 제외한 나머지 물질은 모두 ×n 배로 진행하였다. 친유성 나노쉘의 두께를 SAgSS o 1 보다 더 두껍게 합성한 경우에는 SAgSS o 12와 SAgSS o 13으로 명명하였다. TEM 이미지에서 회색 부분은 실리카 쉘이고 흑색 부분은 은 나노입자이다. 회색 부분을 자세히 보면 양쪽성 실리카와 친유성 실리카의 전자 밀도가 다르기 때문에 진한 부분(31-45 nm)과 연한 부분(8-46 nm)으로 두 개의 층이 구별되어 나타나는 것을 볼 수 있다. 2.8 mL (6.0 x 10 < 11 > particles / mL) of the second complex solution synthesized in Example 1 was centrifuged and dispersed in 8 mL of ethanol. 0.24 mL of distilled water and 0.16 mL of ammonia water were added to the solution, and the mixture was stirred for 10 minutes. Then, 0.014 mL of TEOS and 0.006 mL of octadecyltrimethoxysilane (ODTMS) were added and stirred for 1 day. To make thicker lipophilic nano-shells, TEOS and ODTMS in a ratio of 7: 3 were added or added as shown in Table 2 and reacted for another day. After completion of the reaction, the reaction mixture was centrifuged and the solid was washed with a small amount of ethanol / ethanol / toluene mixed solvent, and dispersed in toluene. The TEM image of the product was shown in FIG. 3 and the thickness of the amphiphilic / oleophilic porous nano-shell was measured from the TEM image. The results are shown in Table 2 together with the reaction conditions. In the TEM image, the left part shows the composite particle and the right part shows the one composite particle image, and the lower part shows the image of the composite particle having a thicker lipophilic nanoshell thickness. It said sample of TEM images are consistent sample name and a third complex in Table 2, the third composite was named SAgSS o n (n = 1, 5, 10) series. In Table 2, the standard reaction is the reaction using the above-mentioned amounts of reactants. In the case of the scale-up reaction, x n is used. In the case of the scale-up reaction, the remaining substances except TEOS and ODTMS All proceeded × n times. The thickness of the hydrophobic nano-shell was the case thicker than
실시예 3: TEM 이미지를 통한 실리카 쉘의 기공 크기 분석Example 3: Pore size analysis of silica shell by TEM image
실시예 2에서 합성한 제 3 복합체 용액을 TEM grid 위에 1 방울 떨어뜨리고 어두운 대기 중에서 12 시간 이상 자연 건조함으로써 도 4에 나타낸 바와 같이 양쪽성 쉘의 기공에만 균일한 크기의 은 나노입자가 추가로 형성된 TEM 이미지(a, b)와 은 성분에 대한 elemental mapping(c) 결과를 얻었다. 공기 중에서 제 2 복합체 내부의 은 나노입자가 일부 산화 및 용해되어 형성된 은 이온 용액이 양쪽성 실리카 쉘의 기공에 갇혀 있다가 천천히 건조되면서 기공의 크기와 일치하는 약 1-2 nm 크기의 균일한 은 나노입자로 환원된 것으로 판단된다. 이러한 현상은 표면에 친유성 즉 소수성 쉘이 없는 제 2 복합체에서는 관찰되지 않았으며, 표면에 소수성 쉘이 있는 제 3 복합체에서만 관찰되었다. 표면에 소수성 쉘이 형성되어 있기 때문에 장시간 동안 용매만 서서히 증발하고 은 이온은 양쪽성 쉘의 기공에 갇혀서 빛에 의해 은으로 환원된 것으로 해석된다. 이전 까지는 기공의 크기를 BET 표면분석법에 의해 흡착 및 탈착되는 기체의 양을 측정하여 간접적으로 구하는 것이 정석이었으나, 본 발명의 TEM 이미지로부터 직접 기공의 크기를 관찰할 수 있게 되었다. One drop of the third complex solution synthesized in Example 2 was dropped on the TEM grid and naturally dried in a dark atmosphere for 12 hours or more to form silver nanoparticles of uniform size only in the pores of the amphibious shell as shown in FIG. Results of elemental mapping (c) for TEM images (a, b) and silver components were obtained. A silver ion solution formed by partially oxidizing and dissolving silver nanoparticles in the second composite in air is trapped in the pores of the amorphous silica shell and slowly dried to form uniform silver particles of about 1-2 nm in size It is believed to be reduced to nanoparticles. This phenomenon was not observed in the second complex without lipophilic shells on the surface, and only in the third complex with the hydrophobic shell on the surface. Since the hydrophobic shell is formed on the surface, only the solvent slowly evaporates for a long time and the silver ion is trapped in the pores of the amphibious shell and is interpreted as being reduced to silver by light. Until now, it has been known to measure the pore size indirectly by measuring the amount of gas adsorbed and desorbed by the BET surface analysis method. However, it is possible to observe the size of the pores directly from the TEM image of the present invention.
실시예Example 4: 4: 제 11st 복합체( Complex SAgSAg ), ), 제 2Second 복합체( Complex SAgSSAgS ), ), 제 3Third 복합체( Complex SAgSSSAgSS oo )의 수중 은 이온 용출 평가) In the water, the ion elution evaluation
단일 및 이중의 기공체 나노쉘로 감싼 기공체-위성 나노입자 복합체의 수중 은 이온 용출량을 측정하기 위해서 3차 증류수를 1일간 공기 중에서 저어주어 공기가 포화된 물을 사용하였다. 제 1 복합체 및 제 2 복합체의 입자 농도가 1 × 1010 개/mL인 용액을 각각 120 mL씩 제조하고 빛을 차단한 상태에서 천천히 저어주었다. 시간별로 13 mL의 용액을 취하여 원심분리하고 상층액 10 mL에 대해 전문 기관(KIST 특성분석센터, AAS 분석)에 분석 의뢰하여 용출된 은 이온의 농도를 구하여 표 3에 나타냈다. 제 3 복합체는 물에 분산되지 않고 뭉치거나 떠다니기 때문에 입자 농도가 1 × 1010 개/mL인 용액을 13 mL씩 5개 제조하고 빛을 차단한 상태에서 천천히 저어주면서 시간별로 하나씩의 용액을 원심분리하고 거름종이로 거른 후에, 거른 용액 10 mL에 대해 KIST 특성분석센터에 의뢰하여 용출된 은 이온의 농도를 구하고 표 3에 나타냈다. 원심분리한 고체에 대해서는 TEM 이미지를 얻어 도 5에 나타냈다. 제 1 복합체(SAg)의 경우(a)에는 24 시간이 지나면서 은 나노입자의 Ostwald ripening 현상이 진행되어 실리카 표면에 결합된 은 나노입자의 분포가 약간 달라질 뿐 큰 변화는 없었다. 용출된 은 이온은 Ostwald ripening 현상에 의해 은 나노입자 표면에 흡착되기 때문에 3종의 복합체 중 가장 낮은 농도를 나타냈다. 제 2 복합체(SAgS)의 경우(b)에는 시간이 지남에 따라 은 나노입자 층의 밀도가 서서히 감소하고 기공체 나노쉘의 두께가 얇아지다가 96 시간에는 일부의 입자들에서 나노쉘이 완전히 와해되고 은 나노입자들이 응집된 덩어리가 관찰되었다. 약 30 nm 두께의 양쪽성 쉘과 약 9 nm 두께의 친유성 쉘을 갖는 제 3 복합체(SAgSS o )의 경우(c)에는 물에 균일하게 분산된 용액은 아니더라도 서스펜션 상태에서 은 이온의 용출이 꾸준하게 진행된 것을 평균적으로 관찰할 수 있었다. 복합체 내에서 은 나노입자 층의 밀도가 시간에 따라 서서히 감소하다가, 96 시간에는 일부의 복합체 입자들에서 내부의 양쪽성 기공체 나노쉘이 은 나노입자와 함께 용해되어 빈 공간(도면에 화살표로 나타낸 부분)이 관찰되었다. 이와 같은 관찰로부터 양쪽성 기공체 나노쉘의 존재가 은 나노입자 층의 Ostwald ripening 현상을 방해하고 은 나노입자를 이온으로 산화시키는 일방향으로의 변화를 가속시키는 것을 확인하였다. 즉, 제 2 및 제 3복합체 용액은 은 이온 농도가 과포화될 때까지 복합체 속 은 이온이 용출되다가 4일째에는 은 나노입자로 석출되면서 급격히 은 이온 농도가 감소하는 현상을 확인하였다. 한편, 양쪽성/친유성 기공체 이중의 나노쉘이 존재함으로써 전체적인 구조를 깨뜨리지 않으면서 은 이온이 안정되게 장기간 용출될 가능성이 있음을 확인하였다. 친유성 기공체 쉘의 두께가 24 nm 인 샘플과 46 nm인 샘플도 상기와 같은 방식으로 수용액 중 용출실험을 2일간 진행하였으나, 친유성 기공체 쉘의 두께가 9 nm 인 샘플에서 용출되는 은 이온 농도의 10%에도 못 미치는 양이 용출되었다. 따라서 용출속도가 너무 느린 것으로 판단되었다. In order to measure the amount of ion in the water of the pore - satellite nanoparticle complex wrapped with single and double porous nano - shells, the third distilled water was stirred in the air for one day and air saturated water was used. 120 mL of each solution having a particle concentration of 1 × 10 10 cells / mL of the first complex and the second complex was prepared, and the mixture was slowly stirred while the light was blocked. 13 mL of the solution was centrifuged over time, and 10 mL of the supernatant was analyzed by a specialized institute (KIST Characterization Center, AAS analysis) to determine the concentration of eluted silver ions, and the results are shown in Table 3. Since the third complex is not dispersed in water and flocculates or floats, five 13 mL solutions each having a particle concentration of 1 × 10 10 / mL are prepared, and one solution is centrifuged with time while light is blocked. After separating and filtering with filter paper, 10 mL of the filtered solution was submitted to the KIST Characterization Center for determination of the eluted silver ion concentration. The centrifuged solid was subjected to TEM image and shown in FIG. In the case of the first complex ( SAg ) (a), the Ostwald ripening phenomenon of silver nanoparticles proceeded for 24 hours, and the distribution of silver nanoparticles bound to the silica surface was slightly changed, but there was no significant change. The eluted silver ions were adsorbed on the surface of silver nanoparticles by the Ostwald ripening phenomenon and showed the lowest concentration among the three complexes. In the case of the second complex ( SAgS ) (b), the density of the silver nanoparticle layer gradually decreased over time and the thickness of the nanopore of the porous body became thinner. At 96 hours, Agglomerated particles of silver nanoparticles were observed. In the case of the third composite ( SAgSS 0 ) having about 30 nm thick amphiphilic shell and about 9 nm thick lipophilic shell (c), the dissolution of silver ions in the suspension state On average, we could observe progress. The density of the silver nanoparticle layer gradually decreased with time in the complex, and at 96 hours, in some composite particles, the inner amorphous porous nanoshells were dissolved together with the silver nanoparticles to form void spaces Part) was observed. From these observations, it was confirmed that the presence of ampholyte nanospheres hinders the Ostwald ripening phenomenon of the silver nanoparticle layer and accelerates the one-way change in oxidation of silver nanoparticles to ions. In other words, in the solutions of the second and third complexes, silver ions were eluted in the complex until the silver ion concentration was supersaturated, and silver nanoparticles were precipitated on the fourth day to rapidly decrease the silver ion concentration. On the other hand, it was confirmed that silver ions could be stably eluted for a long time without breaking the whole structure due to existence of double nanoparticles of amphoteric / lipophilic porous body. The sample having a thickness of 24 nm and the sample having a thickness of 46 nm was also subjected to the elution test in an aqueous solution for 2 days in the same manner as above. However, the elution from the sample having a thickness of 9 nm of the lipophilic porous shell Less than 10% of the concentration was eluted. Therefore, it was judged that the elution rate was too slow.
총 AgOf undiluted solution
Total Ag
SAgThe first complex
SAg
SAgSThe second complex
SAgS
SAgSSo Third complex
실시예Example 5: 5: 제 2Second 복합체( Complex SAgSSAgS ) 및 ) And 제 3Third 복합체( Complex SAgSSSAgSS oo ) 조성물을 첨가한 유성 페인트 막의 제조 및 페인트 막의 수중 은 이온 용출 평가) ≪ / RTI > composition and the evaluation of ion elution in water in the paint film
먼저 정사각형 아크릴 판의 가장자리에 스카치 테잎을 균일한 두께(0.226 mm)로 붙여서 90 mm × 90 mm 면적의 기판 2 개를 준비하였다. 유성페인트 대비 은의 함량이 0.2 중량%(11.27 mg)가 되도록 제 2 및 제 3 복합체를 원심분리 하여 신너(thinner) 0.5 mL에 각각 분산한 후에 유성페인트 5 mL(5.635 g)와 잘 섞었다. 제 1 복합체는 친수성이라서 소수성인 신너에 분산되지 않고 큰 덩어리로 응집되었기 때문에 더 이상 실험을 진행하지 않았다. 제 2 복합체는 신너 액에서 일부 불균일한 콜로이드로 관찰되기는 하였으나 분산성이 나쁘지는 않았고, 제 3 복합체는 균일하게 매우 잘 분산되었다. 각 페인트 혼합액을 미리 준비한 아크릴 기판 위에 떨어뜨리고 균일한 두께로 밀어서 90 mm × 90 mm 면적의 기판을 채우고 빛을 차단한 상태에서 1주일 이상 자연 건조하였다. 도 6의 (a)와 같이 1.5 L의 증류수를 담은 비커를 2개 준비하고 각 아크릴 판을 뚜껑에 매달아 용액 속에 잠기게 하고 빛을 차단한 상태에서 천천히 저어주면서 시간에 따라 10 mL의 용액을 취하여 용출된 은 이온의 농도를 분석하였다(KIST 특성분석센터 ICP QMS 분석). 용액이 은 이온으로 포화되는 것을 방지하기 위하여 적절한 시간마다 전체 용액을 신선한 증류수로 교체하고 용출된 은 이온의 누적 농도를 도 6의 (b)에 도시하였다. 아크릴 판 위 90 mm × 90 mm × 0.226 mm 부피의 젖은 페인트에 포함된 은의 양은 3.75 mg 으로 계산되었고, 90일 동안 제 3 복합체 포함 페인트칠로부터 0.456 mg(12%) 및 제 2 복합체 포함 페인트칠로부터 0.253 mg(6.7%)의 은 이온이 용출되었음을 알 수 있었다. 따라서 단순 추정으로 2 년 이상의 용출 시간을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 은 이온 용출 실험을 시작하기 전과 종료 후의 아크릴판을 도 6의 (c)에 나타냈으며 외관상 차이가 없고 페인트가 아크릴 판에 견고하게 결합되어 있음을 알 수 있다. 누적 농도 (b)의 데이터에서, 같은 양의 은 함량을 포함하고 있음에도 불구하고 제 3 복합체를 포함한 페인트로부터 용출된 은의 양이 제 2 복합체를 포함한 페인트로부터 용출된 은의 양보다 훨씬 많은 것을 알 수 있었다. 이것은 제 3 복합체의 친유성이 뛰어나기 때문에 유성 페인트 내에서의 분산성이 제 2 복합체의 분산성보다 훨씬 우수한데 기인한 것으로 판단된다. 즉 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이, 제 3 복합체는 1개 또는 2개 또는 3개로 이루어진 그룹들이 많이 관찰되는 반면, 제 2 복합체는 여러 개가 뭉친 형태로 페인트 속에 존재한다. 고르게 널리 흩어져 있는 제 3 복합체로부터 은 이온의 용출이 훨씬 유리하므로 뛰어난 항균, 항바이오파울링 효과가 예측된다. 제 2 복합체를 포함한 페인트의 경우에도 약하지만 꾸준한 항균 및 항바이오파울링 효력을 나타낼 것으로 기대된다. First, two substrates of 90 mm x 90 mm area were prepared by attaching a Scotch tape to the edge of a square acrylic plate to a uniform thickness (0.226 mm). The second and third composites were centrifuged to a silver content of 0.2 wt% (11.27 mg) relative to the oil paint, respectively, and dispersed in 0.5 mL of a thinner, followed by mixing well with 5 mL (5.635 g) of an oil paint. Since the first complex was hydrophilic, it did not disperse in the hydrophilic thinner but aggregated into a large lump, so the experiment was not carried out anymore. The second composite was observed as a part of the heterogeneous colloid in the thinner liquid, but the dispersibility was not bad, and the third composite was uniformly dispersed very well. Each paint mixture was dropped on an acrylic substrate prepared beforehand, pushed to a uniform thickness, filled with a substrate having a size of 90 mm x 90 mm, and dried naturally for one week or more while blocking light. As shown in FIG. 6 (a), two beakers containing 1.5 L of distilled water were prepared, each acrylic plate was hung on a lid, immersed in a solution, and 10 mL of a solution was taken over time while slowly stirring with blocking light The concentration of eluted silver ions was analyzed (KIST Characterization Center ICP QMS analysis). The cumulative concentration of eluted silver ions is shown in Figure 6 (b), replacing the entire solution with fresh distilled water at appropriate times to prevent the solution from saturating with silver ions. The amount of silver contained in the wet paint of 90 mm x 90 mm x 0.226 mm volume on the acrylic plate was calculated to be 3.75 mg, and from the third composite containing paint for 90 days to 0.456 mg (12%) and from the second composite containing paint 0.253 mg (6.7%) of silver ions were eluted. Therefore, it is expected that the dissolution time of more than 2 years can be secured by simple estimation. FIG. 6 (c) shows the acrylic plate before and after the start of the silver ion dissolution experiment and there is no difference in appearance, and the paint is firmly bonded to the acrylic plate. In the cumulative concentration (b) data, it was found that the amount of silver eluted from the paint containing the third composite was much greater than the amount of silver eluted from the paint containing the second composite, although it contained the same amount of silver . It is considered that this is due to the fact that the dispersibility in the oil-based paint is much better than the dispersibility of the second complex because the lipophilicity of the third complex is excellent. That is, as shown in FIG. 6 (d), the third composite is observed in many groups of one, two or three, while the second composite is present in the paint in the form of several aggregates. The excellent dissolution of silver ions from the widely dispersed tertiary complex is more advantageous, so that excellent antimicrobial and antibiotic fouling effects are predicted. The paint containing the second composite is also expected to exhibit a mild but consistent antimicrobial and anti-biofouling effect.
실시예Example 6: 6: 제 2Second 복합체( Complex SAgSSAgS ) 및 ) And 제 3Third 복합체( Complex SAgSSSAgSS oo ) 조성물을 첨가한 유성 페인트 막의 항바이오파울링 성능 평가Evaluation of antibiotic fouling performance of oil-based paint film with composition
상기 실시예 5에서 제조한 페인트 혼합액을 슬라이드 글라스 위에 상기 실시예 5와 같은 방법으로 칠하고 건조하였다. 아크릴 판에 칠할 때와는 달리 슬라이드 글라스에 칠했을 때는 제 2 및 제 3 복합체를 포함한 페인트 막이 옅은 갈색을 나타냈다. 테스트용 물은 폭우가 내린 2일 후인 7월 4일, 서울특별시 성북구 종암동 종암교 상류 약 100m 지점의 정릉천 물을 떠다가 0.5 L씩 담은 비커를 3개 준비하고 각각의 슬라이드 글라스를 도 7의 (a)와 같이 유리벽에 기대어 잠기도록 세워 놓고 먼지가 들어가지 않도록 알루미늄 호일로 덮고 천천히 저어주었다. 36일 후에 꺼내어 자연건조하고 사진으로 기록하여 도 7의 (b)에 나타냈다. 페인트만 칠한 슬라이드 글라스 위에는 바이오파울링이 많이 진행되어 있었고, 제 2 복합체를 포함하는 페인트를 칠한 슬라이드 글라스 위에는 바이오파울링(화살표 부분)이 약하게 진행되어 있었지만, 제 3 복합체를 포함하는 페인트를 칠한 슬라이드 글라스 위에는 바이오파울링이 전혀 진행되지 않았다. 더 좋은 점은, 페인트만 칠한 슬라이드 글라스에서는 물에 잠긴 페인트 막이 들떠서 쭈글쭈글해진 반면, 제 2 및 제 3 복합체를 포함하는 페인트 막은 슬라이드 글라스 위에 견고하게 잘 결합되어 있었다. The paint mixture prepared in Example 5 was coated on a slide glass in the same manner as in Example 5 and dried. Unlike when applied to an acrylic plate, the paint film including the second and third composites showed a light brown color when applied to a slide glass. The test water was floated on the Jungnung Stream, about 100 m upstream of the Jongam Bridge in Seongam-dong, Seongam-dong, Seoul, on July 4, two days after the heavy rains, and three beakers each containing 0.5 L were prepared. I put it on the glass wall as shown in a) so as to lock it, cover it with aluminum foil so that dust did not enter, and stir it slowly. Taken out after 36 days, dried naturally, and photographed, and the results are shown in Fig. 7 (b). There was much biofouling on the painted slide glass, and the biofouling (arrow part) was weakly progressed on the painted slide glass including the second composite, but the painted slide including the third composite There was no biofouling on the glass. Better yet, the paint film containing the second and third composites was firmly bonded to the slide glass, while the painted slide glass was squashed with a submerged paint film.
실시예Example 7: 7: 제 3Third 복합체( Complex SAgSSSAgSS oo ) 조성물을 첨가한 유성 페인트 막의 항균 성능 평가) Antimicrobial Performance Evaluation of Oil-Based Paint Film Containing Composition
상기 실시예 5에서 제조한 페인트 혼합액(제 3복합체 SAgSS o 을 포함한 유성 페인트)을 50 mm × 50 mm 면적의 아크릴 판 위에 상기 실시예 5와 같은 방법으로 칠하고 건조하여 8개를 준비하였다. FITI 시험연구원(KOLAS 제1호 국제공인시험기관)에 JIS 방법(film-sticking method)에 의한 항균 테스트를 의뢰하고 그 결과를 아래에 첨부하였으며 요약한 내용을 표 4에 나타냈다. SAgSS o 을 포함한 유성 페인트 막이 대장균과 포도상구균에 대해 각각 99.9% 이상의 항균성능을 나타냄을 확인하였다. The paint mixture solution (oil-based paint containing the third composite SAgSS o ) prepared in Example 5 was painted on an acrylic plate having a size of 50 mm x 50 mm by the same method as in Example 5 and dried to prepare eight paint. The FITI test institute (KOLAS No. 1 internationally accredited testing institute) commissioned an antibacterial test by the JIS method (film-sticking method), and the results are attached below and summarized in Table 4. It has been confirmed that the oil paint film containing SAgSS o exhibits more than 99.9% of antibacterial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus.
시작농도 = 1.3×104
CFU/mLE. coli
Starting concentration = 1.3 × 10 4
CFU / mL
시작농도 = 1.3×104
CFU/mLStaphylococcus aureus
Starting concentration = 1.3 × 10 4
CFU / mL
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. . Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.
Claims (21)
상기 기공체-위성 나노입자 복합체의 표면을 덮는 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘; 및
상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 쉘의 표면을 덮는 친유성 기공체 나노쉘;
을 포함하는 나노구조 복합체.A core porous body and satellite nanoparticles comprising satellite nanoparticles bonded to the surface of the central porous body;
A hydrophilic or ampholy porous nanoshell covering the surface of the porous body-satellite nanoparticle composite; And
A lipophilic porous nano shell covering the surface of the hydrophilic or amphiphilic porous shell;
≪ / RTI >
상기 기공체-위성 나노입자 복합체는,
상기 중심 기공체;
상기 중심 기공체의 표면에 제1 말단이 결합되고, 제2 말단에 기능기를 포함하는 분자; 및
상기 기능기를 감싸면서, 상기 기능기에 결합한 5nm 내지 50nm 크기의 위성 나노입자;
를 포함하는 구조를 갖는 나노구조 복합체.The method according to claim 1,
The porous body-satellite nano-
The central porous body;
A molecule bound to the surface of the central porous body at the first end and comprising a functional group at the second end; And
Satellite nanoparticles having a size of 5 nm to 50 nm bonded to the functional group while surrounding the functional group;
≪ / RTI >
상기 나노구조 복합체의 외경은 100nm 내지 10 ㎛인 나노구조 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure composite has an outer diameter of 100 nm to 10 占 퐉.
상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘의 두께는 1nm 내지 50nm인 나노구조 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the hydrophilic or ampholy porous nanoshell has a thickness of 1 nm to 50 nm.
상기 친유성 기공체 나노쉘의 두께는 1nm 내지 30nm인 나노구조 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the lipophilic porous nanoshell has a thickness of 1 nm to 30 nm.
상기 중심 기공체 및 상기 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘은 각각 독립적으로 실리카, 제올라이트 및 알루미나 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 나노구조 복합체. The method according to claim 1,
Wherein the central porous body and the hydrophilic or ampholy porous nanoshell each independently comprise at least one selected from silica, zeolite and alumina.
상기 친유성 기공체 나노쉘은 탄소수 4 내지 20의 지방족 탄화수소가 결합된 실리카, 제올라이트 및 알루미나 중에서 선택하거나, 폴리(알킬렌옥사이드)블록 코폴리머 또는 계면활성제를 포함하는 실리카, 제올라이트 및 알루미나 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 나노구조 복합체.The method according to claim 1,
The lipophilic porous nano-shell may be selected from silica, zeolite and alumina bonded with aliphatic hydrocarbons having 4 to 20 carbon atoms, or at least selected from among silica, zeolite and alumina containing a poly (alkylene oxide) block copolymer or a surfactant One containing a nanostructured complex.
상기 친유성 기공체 나노쉘은 옥타데실기가 결합된 실리카 나노쉘 구조를 갖는 나노구조 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the lipophilic porous nano-shell has a silica nanoshell structure bonded with an octadecyl group.
상기 분자는 2 내지 20 개의 탄화수소 사슬을 포함하고, 상기 제2 말단의 기능기는 아민기, 싸이올기 및 카르복실기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 나노구조 복합체.3. The method of claim 2,
Wherein the molecule comprises 2 to 20 hydrocarbon chains, and the functional group at the second terminal is at least one selected from the group consisting of an amine group, a thiol group and a carboxyl group.
상기 위성 나노입자는 금속 나노입자, 금속산화물 또는 이들의 조합을 포함하는 나노구조 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the satellite nanoparticles comprise metal nanoparticles, metal oxides, or combinations thereof.
상기 금속 나노입자는 Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Co 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 금속산화물 나노입자는 FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, TiO2, ZrO2, CeO2, Al2O3, MgO, ZnO, Cu2O, 및 CuO로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 나노구조 복합체.11. The method of claim 10,
Wherein the metal nanoparticles include at least one selected from the group consisting of Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Co,
The metal oxide nanoparticles are FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, CoFe 2 O 4, NiFe 2 O 4, MnFe 2 O 4, TiO 2, ZrO 2, CeO 2, Al 2 O 3, MgO, ZnO , Cu 2 O, and CuO.
상기 위성 나노입자는 은 나노입자, 구리 나노입자, 은과 구리의 합급 또는 은과 구리의 이종금속 나노입자를 포함하는 나노구조 복합체.The method according to claim 1,
Wherein the satellite nanoparticles comprise silver nanoparticles, copper nanoparticles, silver or copper, or silver and copper dissimilar metal nanoparticles.
상기 물품이 도료, 코팅층, 섬유, 세라믹, 또는 플라스틱인 물품.15. The method of claim 14,
Wherein the article is a paint, a coating layer, a fiber, a ceramic, or a plastic.
상기 제1 용액에, 상기 물 100 부피비 기준으로 90 내지 110 부피비의 알코올, 암모니아수 촉매, 및 전구체 물질로서 실리카 전구체, 제올라이트 전구체 및 알루미나 전구체 중에서 선택되는 적어도 하나를 차례로 가한 다음 솔젤반응을 진행함으로써, 상기 제1 복합체 표면에 친수성 또는 양쪽성 기공체 나노쉘을 형성한 제2 복합체를 얻는 단계; 및
상기 제2 복합체를 알코올에 분산시킨 제2 용액에 물 촉매와 암모니아수 촉매를 가한 후, 전구체 물질로서 실리카 전구체, 제올라이트 전구체 및 알루미나 전구체 중에서 선택되는 적어도 하나를 가한 다음 솔젤반응을 진행함으로써, 상기 제2 복합체 표면에 친유성 기공체 나노쉘을 형성한 제3 복합체를 얻는 단계;
를 포함하는 제1항에 따른 나노구조 복합체의 제조방법.Using water as a solvent to obtain a first solution in which a first composite containing a central porous body and satellite nanoparticles bonded to the surface of the central porous body is dispersed;
The first solution is added with at least one selected from the group consisting of a silica precursor, a zeolite precursor and an alumina precursor as an alcohol, an ammonia water catalyst, and a precursor material in an amount of 90 to 110 parts by volume based on 100 parts by volume of the water, Obtaining a second composite having hydrophilic or ampholytic porous nanospheres formed on the surface of the first composite; And
Adding a water catalyst and an ammonia water catalyst to a second solution in which the second composite is dispersed in alcohol, adding at least one selected from a silica precursor, a zeolite precursor and an alumina precursor as a precursor material, Obtaining a third complex having a lipophilic porous nanosphere formed on the surface of the composite;
Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
상기 알코올은 에탄올인 나노구조 복합체의 제조방법.18. The method of claim 17,
Wherein the alcohol is ethanol.
상기 제2 복합체를 얻는 단계에서, 상기 전구체 물질로서 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 또는 이들의 조합을 포함하는 실리카 전구체를 사용하는 나노구조 복합체의 제조방법.18. The method of claim 17,
Wherein in the step of obtaining the second composite, a silica precursor comprising tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, or a combination thereof is used as the precursor material.
상기 제3 복합체를 얻는 단계에서, 상기 전구체 물질로서 테트라에톡시실란 및 옥타데실트리메톡시실란의 혼합물을 사용하는 나노구조 복합체의 제조방법.18. The method of claim 17,
Wherein in the step of obtaining the third composite, a mixture of tetraethoxysilane and octadecyltrimethoxysilane is used as the precursor material.
상기 제조방법은 빛을 차단한 비활성 분위기 하에서 수행되는 나노구조 복합체의 제조방법.18. The method of claim 17,
Wherein the method is performed in an inert atmosphere in which light is blocked.
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