KR102023061B1 - 산화아연 분말 및 그 제조방법 - Google Patents

산화아연 분말 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

20 내지 80℃의 온도 조건에서, 10w% 초과, 40w% 미만의 농도의 유기산 용액에 아연을 포함하는 원재료를 용해하여 용해액을 제조하는 단계; 상기 용해액과 염기성 용액을 혼합하여 침전물을 형성시키는 단계; 및 상기 용해액과 염기성 용액의 혼합액으로부터 상기 침전물을 분리하는 단계;를 포함하는 산화아연 분말 제조방법이 소개된다.

Description

산화아연 분말 및 그 제조방법{ZINC OXIDE POWDER AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
입자 크기가 미세하고, 염소 함량이 낮은 산화아연 분말을 제조하는 방법을 제공한다.
기존의 경우, 고로 슬러지 및 분진 등과 같은 제철소 부산물 중에서 농축된 유가금속인 아연(Zn)을 회수하기 위한 방안으로, 염산을 용매로 적용하였다.
염산에 제철소 부산물을 용해하여 침출하고 침출액 중 불순물을 정제한 후, 수산화물을 이용함으로써 용액 중의 아연을 순수한 산화아연으로 합성하는 기술이 이용되어 왔다.
다만, 상기와 같은 방법을 통해 제조되는 산화아연은 입자의 크기가 조대하고 염산계 용매사용으로 산화아연 중, 염소(Cl) 함량이 높아 일반 공업용 산화아연 제품으로는 적합하나 자외선 차단제용 나노 산화아연 등과 같은 고특성 산화아연 제품으로 적용은 적합하지 않다는 문제가 있다.
따라서 제철소 부산물로부터 회수되는 산화아연을 활용하되, 입자의 형상이 균질하고, 입자의 크기가 미세하면서 염소 함량이 낮은 고특성 산화아연 분말의 제조 기술이 요구되는 실정이다.
실시예들은 유기산 용액에 원재료를 용해하고, 염기성 용액으로 중화 침전시킴으로써 입자 크기가 미세하고, 염소 함량이 낮은 산화아연 분말을 제조하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 산화아연 분말 제조방법은 20 내지 80℃의 온도 조건에서, 10w% 초과, 40w% 미만의 농도의 유기산 용액에 아연을 포함하는 원재료를 용해하여 용해액을 제조하는 단계; 상기 용해액과 염기성 용액을 혼합하여 침전물을 형성시키는 단계; 및 상기 용해액과 염기성 용액의 혼합액으로부터 상기 침전물을 분리하는 단계;를 포함한다.
상기 침전물을 분리하는 단계 이후에는, 상기 침전물을 건조하여 산화아연 분말을 수득하는 단계; 및 상기 산화아연 분말을 수세하여 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 불순물을 제거하는 단계 이후에는, 상기 산화아연 분말을 분쇄하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 용해액을 제조하는 단계에서는, 상기 유기산 용액 100 중량부에 투입되는 상기 원재료는 7 내지 14 중량부일 수 있다.
20 내지 80℃의 온도 구간에서, 온도 변화에 따른 용해도의 최대 값과 최소 값의 차이가 20g/kg 미만일 수 있다.
상기 침전물을 형성시키는 단계는, pH 9 내지 11의 수산화나트륨 용액으로 이루어진 제1염기성 용액에 상기 용해액 및 40 내지 60w%농도의 수산화나트륨 용액으로 이루어진 제2염기성 용액을 투입하는 과정; 및 상기 제1염기성 용액 및 제2염기성 용액이 상기 용해액과 반응하여 상기 침전물이 형성되는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 용해액 및 제2염기성 용액을 투입하는 과정에서는, 상기 제1염기성 용액에 상기 용해액 및 상기 제2염기성 용액을 각각 10 내지 30분 동안 일정한 속도로 투입할 수 있다.
상기 침전물을 형성시키는 단계에서는, 상기 용해액에 포함된 아연(Zn) 이온에 대한 상기 염기성 용액의 수산화이온의 당량비는 1:1 내지 1:2일 수 있다.
상기 침전물을 형성시키는 단계에서는, 상기 혼합액의 pH는 7 내지 11일 수 있다.
상기 침전물을 형성시키는 단계에서는, 50 내지 90℃의 온도 조건에서, 상기 침전물이 형성될 수 있다.
20 내지 40분 동안 상기 용해액과 상기 염기성 용액의 반응이 이루어지도록 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 산화아연 분말은 1차 입자의 평균 입경이 50nm 이하이고, 상기 복수의 1차 입자는 2차 입자를 형성하며, 상기 2차 입자의 D50 입경은 100 내지 300nm이다.
상기 산화아연 분말의 전체 중량 100%를 기준으로, 염소(Cl)의 함량은 0.0015% 이하일 수 있다.
원재료를 유기산에 용해할 때, 온도 변화에 따라 원재료의 용해도 변화가 크지 않은 조건에서 용해되도록 제어함으로써 상온에서도 용액 중 아연(Zn) 농도를 일정하게 유지 가능하여 후공정에서 용액 사용 시 일정한 농도 조건을 유지할 수 있다.
이후, 염기성 용액과 반응시킬 때, pH의 변화가 크지 않도록 혼합하고, 온도 조건을 제어하여 반응시킴으로써 입자 형상이 균일하고, 입자 크기가 미세한 산화아연 분말의 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 산화아연 분말 제조방법 중, 용해액을 제조하는 단계에서 온도 변화에 따른 아연(Zn)의 용해도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 산화아연 분말의 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 2에 따라 제조된 산화아연 분말의 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 비교예 3에 따라 제조된 산화아연 분말의 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 4에 따라 제조된 산화아연 분말의 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 사진을 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 구현예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
산화아연 분말 제조방법
본 발명에 따른 산화아연 분말 제조방법은 20 내지 80℃의 온도 조건에서, 10w% 초과, 40w% 미만의 농도의 유기산 용액에 아연을 포함하는 원재료를 용해하여 용해액을 제조하는 단계 용해액과 염기성 용액을 혼합하여 침전물을 형성시키는 단계 및 용해액과 염기성 용액의 혼합액으로부터 침전물을 분리하는 단계를 포함한다.
용해액을 제조하는 단계는 먼저, 아연(Zn)을 포함하는 원재료를 유기산을 통해 용해시킨다. 아연을 포함하는 원재료는 제철소 부산물로부터 아연을 회수하는 공정에서 제조되는 산화아연일 수 있다. 또한, 분말 형태로 형성될 수 있다.
구체적으로는, 전체 중량 100%를 기준으로, 95% 이상의 산화아연(ZnO), 0.002% 이하의 납(Pb), 0.001% 이하의 카드뮴(Cd), 0.002% 이하의 철(Fe) 및 0.1% 이하의 염소(Cl)가 포함될 수 있다.
앞서도 언급한 바와 같이, 자외선 차단제와 같은 미용 제품으로 이용되기에 0.1% 이하의 염소는 함량이 높다. 따라서 산화아연 중의 염소의 함량을 낮추고, 균일한 상태의 미세한 입자 크기를 갖는 산화아연 분말의 제조가 요구된다.
유기산 용액에 포함되는 유기산의 경우, 아세트산, 카르복시산, 팔미트산, 포름산, 옥살산, 타르타르산 및 술폰산 중에서 선택되는 하나 이상의 유기산일 수 있다. 유기산의 이용을 통해 산화아연 분말에 염소의 함량을 최소화시키는 것이 가능하다.
20 내지 80℃의 온도 조건에서, 원재료를 유기산 용액에 용해시킬 수 있다. 20℃ 미만일 경우, 유기산 용액에 원재료의 용해가 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 80℃을 초과할 경우, 많은 에너지를 필요로 하게 되고, 원재료의 용해도가 과도하게 높아져 염기성 용액과의 반응 시, 침전물이 응집되는 현상이 발생할 수 있다.
한편, 유기산 용액의 농도는 10w% 초과, 40w% 미만의 농도이다. 10w% 농도 이하일 경우, 유기산 용액에 원재료의 용해가 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 40w% 농도 이상일 경우, 오히려 60℃ 미만의 온도에서는 20w% 농도 이하의 저농도일 때보다 용해도가 좋지 못하며, 60℃ 이상의 온도에서는 용해도는 높으나 20 내지 80℃ 온도 구간 내에서 온도 변화에 따라 용해도가 급격히 변화하게 되는 문제가 존재한다. 구체적으로, 유기산 용액의 농도는 15w% 이상, 30w% 농도일 수 있다.
도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 20 내지 80℃의 온도 구간에서 40w%농도 이상의 아세트산 용액이 이용되는 경우, 온도가 변화함에 따라 아연을 포함하는 원재료의 용해도가 급격하게 변하게 된다.
제조 시의 온도 변화에 따라 용해도가 민감하게 변하면 온도의 저하로 인해 아연을 포함하는 원재료가 용해액으로부터 석출되어 결정화되는 현상이 일어나게 된다.
원재료로서, 분말 형태의 산화아연이 이용될 경우, 용해액과 염기성 용액이 혼합되어 하기 화학식과 같은 반응이 이루어질 수 있다. 하기 화학식에서는 유기산으로서 아세트산을 사용하여 아연염을 형성한 경우의 예시이다.
[화학식]
Zn(CH3COO)2+2MOH = ZnO+2MCH3COO+H2O
Zn(CH3COO)2과 같은 아연염이 염기성 용액과 반응하여 산화아연 분말의 입자 크기가 미세하게 제어되는 것인데, 용해도의 변화로 인해 용해액 중에서 석출되면 상기의 화학식 반응에 참여할 수 없게 된다. 이에 따라 산화아연 분말의 입자 크기를 미세하고 균일한 형태로 제어할 수 없다.
용해 과정에서의 온도 조건 및 유기산 용액의 농도는 원재료의 용해도에 영향을 미치는 인자로서 작용하는데, 염기성 용액과 혼합되는 과정까지 온도를 일정 온도로 지속적으로 유지하는 것은 에너지 소모가 크므로 이는 곧 제조원가의 상승으로 이어질 수 있다.
따라서 20 내지 80℃로 온도 구간을 설정하고, 상기 온도 구간 내에서 온도가 변화하여도 용해도의 변화가 크지 않도록 유기산 용액의 농도를 제어함으로써 산화아연 분말의 입자 크기를 미세하고 균일한 형태로 제어할 수 있다.
제조되는 산화아연 분말의 품질을 일정한 수준으로 제어하므로 불량률을 감소시킬 수 있다. 이는 곧 생산량의 증가로 이어질 수 있다.
상기 과정을 거쳐 용해액을 제조한 다음, 용해액과 염기성 용액을 혼합하여 침전물을 형성시킨다.
염기성 용액은 pH 9 이상의 염기성 용액일 수 있다. 구체적으로는, 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화칼슘(Ca(OH)2) 중에서 선택되는 하나 이상의 염기성 용액일 수 있다.
용해액과 염기성 용액을 혼합하여 혼합액을 제조 후, 상기의 화학식과 같은 반응을 거쳐 침전물이 형성되도록 유지한다. 반응에 의해 산화아연(ZnO)이 침전되며, 원재료에 포함되어 있던 납, 카드뮴, 철 및 염소 등의 불순물은 혼합액 중 염 형태로 용해되어 있다. 원재료는 유기산에 용해된 후, 염기성 용액과 혼합되어 중화 침전됨으로써 입자 크기가 미세해지고 균일해진다.
다음으로 침전물이 형성된 혼합액을 여과 등을 통해 혼합액으로부터 침전물을 분리한다.
구체적으로는, 침전물을 분리하는 단계 이후, 침전물을 건조하여 산화아연 분말을 수득하는 단계 및 산화아연 분말을 수세하여 불순물을 제거하는 단계를 더 수행할 수 있다.
또한, 불순물을 제거하는 단계 이후, 산화아연 분말을 분쇄하는 단계를 더 수행할 수 있다.
침전물을 수세하는 과정을 거쳐 산화아연 분말의 불순물 비율을 감소시킬 수 있으며, 산화아연 분말을 기계적으로 분쇄하는 과정을 거침으로써 산화아연 분말의 입자 크기를 미세한 크기로 제어할 수 있다.
구체적으로는, 용해액을 제조하는 단계에서 유기산 용액 100 중량부에 투입되는 원재료는 7 내지 14 중량부일 수 있다.
또한, 20 내지 80℃의 온도 구간에서, 온도 변화에 따른 용해도의 최대 값과 최소 값의 차이가 20g/kg 미만일 수 있다.
이를 테면, 원재료가 아세트산 용액 1kg에 70 내지 140g이 투입되어 용해가 이루어지면 용해도는 70000 내지 140000mg/kg가 된다. 용해도가 70000mg/kg 미만일 경우, 제조되는 산화아연 분말의 양이 충분하지 않아 생산성이 좋지 못하고, 140000mg/kg을 초과할 경우, 원재료의 용해도가 과도하게 높아져 염기성 용액과의 반응 시, 침전물이 응집되는 현상이 발생할 수 있다.
도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 아세트산을 포함하는 유기산 용액의 농도가 15 내지 30w%농도일 경우, 산화아연을 포함하는 원재료의 용해도가 70000mg/kg 이상으로 유지되는 동시에, 20 내지 80℃의 온도 구간에서도 용해도의 최대 값과 최소 값의 차이가 20000mg/kg(=20g/kg) 미만이 된다.
따라서 추후, 용해액에 염기성 용액의 투입으로 온도 변화가 발생하여도 용해도 변화가 크지 않으므로 석출에 의한 결정상이 발생되지 않는다. 또한, 결정상 방지의 목적으로 염기성 용액의 온도를 별도로 조절해주어야 하는 과정이 생략될 수 있으므로 에너지 절감에 따른 원가절감 효과 및 생산성 향상의 효과를 기대할 수 있다.
20 내지 80℃의 온도 구간 내에서 용해도의 최대 값과 최소 값의 차이가 20g/kg 미만으로 제어할 수 있다. 20g/kg 이상일 경우, 상기에서도 언급한 바와 같이 온도 변화에 따른 용해도 변화가 커지므로 온도 저하에 의해 용해액 중의 결정상이 필요 이상으로 많아진다.
구체적으로는, 침전물을 형성시키는 단계는 제1염기성 용액에 용해액 및 제2염기성 용액을 투입하는 과정 및 제1염기성 용액 및 제2염기성 용액이 용해액과 반응하여 침전물이 형성되는 과정을 포함할 수 있다.
먼저, pH 9 내지 11의 수산화나트륨 용액으로 이루어진 제1염기성 용액을 준비하여 제1염기성 용액을 베이스로 한다.
다음으로, 베이스가 되는 제1염기성 용액에 용해액 및 40 내지 60%농도의 수산화나트륨 용액으로 이루어진 제2염기성 용액을 함께 투입하여 혼합액을 제조한다.
이때, 용해액 및 제2염기성 용액을 투입하는 과정에서 제1염기성 용액에 용해액 및 제2염기성 용액을 각각 10 내지 30분 동안 일정한 속도로 투입할 수 있다.
용해액을 염기성 용액과 한번에 혼합할 경우, pH가 급격하게 변화하게 되므로 반응 중 산화아연 합성 pH가 변화하여 초기 생성 입자와 반응 시간대 별 입자의 형상 및 크기가 상이하게 합성되어 균일한 형상의 산화아연을 제조할 수 없다.
따라서 pH 9 내지 11의 제1염기성 용액을 베이스로 하되, 산성의 용해액 및 제2염기성 용액을 함께 투입하게 되면 혼합액의 pH는 9 내지 11을 유지할 수 있게 된다. 상기와 같이 용해액과 제2염기성 용액을 동시에 정량 투입하여 pH의 급격한 하강을 방지할 수 있으므로 균일한 형상의 입자 생성효과를 기대할 수 있다.
구체적으로는, 침전물을 형성시키는 단계에서 용해액에 포함된 아연(Zn) 이온에 대한 염기성 용액의 수산화이온의 당량비는 1:1 내지 1:2일 수 있다. 이에 따라 침전물을 형성시키는 단계에서 혼합액의 pH는 7 내지 11일 수 있다.
용해액에 포함된 아연(Zn) 이온에 대한 염기성 용액의 수산화이온의 당량비가 1:1 내지 1:2의 범위에 존재함으로써 혼합액의 pH가 7 이상, 11 이하의 범위에 존재한다.
pH가 7 미만이 되어 혼합액이 산성일 경우, 수득되는 산화아연 분말의 1차 입자가 판상, 침상 등 부정형의 형태로 생성되어 평균 입경을 50nm 이하로 제어하기 어려우며, 균일한 상태의 산화아연 분말의 제조가 어려울 수 있다. 반면, pH가 11을 초과하여 혼합액이 강염기성일 경우, 조대입자 형성이 증가하여 평균입경을 50nm이하로 제어하기 어려울 수 있다.
구체적으로는, 침전물이 형성시키는 단계에서 50 내지 90℃의 온도 조건에서 침전물이 형성될 수 있다. 20 내지 40분 동안 용해액과 염기성 용액의 반응이 이루어지도록 유지할 수 있다.
50℃ 미만의 온도에서 침전물이 형성될 경우, 산화아연 분말이 결정상을 가지지 못하게 되어 비정형으로 형성되므로 균일한 입자 형상을 갖는 산화아연 분말의 제조가 어려울 수 있다. 반면, 90℃을 초과하는 온도에서 침전물이 형성될 경우, 산화아연 분말의 입자 크기를 50nm 이하로 제어하기 어려울 수 있다.
한편, 20분 미만으로 용해액과 염기성 용액의 반응이 이루어지도록 유지할 경우, 산화아연 분말이 결정상을 가지기에 부족할 수 있어 균일한 입자 형상을 갖는 산화아연 분말의 제조가 어려울 수 있으며, 40분을 초과하여 용해액과 염기성 용액의 반응이 이루어지도록 유지할 경우, 산화아연 분말이 응집되는 형상이 발생할 수 있다.
산화아연 분말
본 발명에 따른 일 구현예로써 상기에서 제시된 산화아연 분말 제조방법을 토해 산화아연 분말을 제조한다. 본 발명에 따른 산화아연 분말은 1차 입자의 평균 입경이 50nm 이하로 형성된다.
50nm 이하의 미세한 1차 입자 평균 입경을 가짐으로써 자외선 차단제와 같은 미용 제품으로 이용될 수 있다. 한편, 상기와 같은 1차 입자가 모여서 도 2에서와 같이 2차 입자를 형성하게 된다. 2차 입자의 D50 입경은 100 내지 300nm의 크기로 형성될 수 있다. D50 입경은 입도 분포에서 누적 체적이 50 부피%인 입자의 지름을 의미한다.
자외선 차단제로서 산화아연을 사용함에 있어서 2차 입자의 입경이 100nm 미만일 경우, 사용감이 좋지 않고 인체 흡수 가능성 등의 문제로 사용이 어려울 수 있다. 반면, 300nm를 초과할 경우, 산화아연 분말의 요구특성인 자외선 차단율이 저하되어 자외선 차단제로서 기능을 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 산화아연 분말은 전체 중량 100%를 기준으로, 염소(Cl)의 함량은 0.0015% 이하일 수 있다.
구체적으로는, 전체 중량 100%를 기준으로, 99.7% 이상의 산화아연(ZnO), 0.0222% 이하의 마그네슘(Mg) 0.0023% 이하의 알루미늄(Al), 0.0307% 이하의 실리콘(Si), 0.0550% 이하의 칼슘(Ca), 0.0023% 이하의 철(Fe), 0.0005% 이하의 니켈(Ni), 0.017% 이하의 탄소(C) 및 0.0015% 이하의 염소(Cl)가 포함될 수 있다.
산화아연 외의 불순물이 0.3% 미만 포함되어 원재료에 비해 산화아연의 순도가 높아졌으며, 납 및 카드뮴과 같은 인체에 유해한 중금속이 제거되었음을 알 수 있다.
또한, 염소의 함량이 0.1%에서 0.0015%로 크게 줄어들었음을 확인할 수 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
실시예
1) 용해액의 제조
20w% 농도의 아세트산 용액에 원재료인 일반 산화아연을 투입하고, 50℃에서 용해하여 아연(Zn) 농도 110g/kg의 Zinc acetate 용해액을 제조한다.
상기 원재료의 성분은 아래와 같다.
전체 중량 100%를 기준으로 표현하였으며, 잔부는 기타 불가피한 불순물로 구성된다.
산화아연(ZnO): 95%, 마그네슘(Mg): 0.025%, 알루미늄(Al): 0.0025%, 실리콘(Si): 0.04%, 칼슘(Ca): 0.06%, 니켈(Ni); 0.001%, 탄소(C): 0.02%, 철(Fe): 0.003%, 납(Pb): 0.002%, 카드뮴(Cd): 0.001%, 염소(Cl): 0.1%
2) 혼합액의 제조
제1염기성 용액인 pH 11의 수산화나트륨(NaOH) 용액 200g을 베이스 용액으로 하고, 여기에 용해액 1000g 및 제2염기성 용액인 40w% 농도의 수산화나트륨(NaOH) 용액 281g을 20분 동안 일정한 속도로 투입한다. 이때, 용해액 중 아연(Zn) 이온 : 염기성 용액의 수산화이온의 당량비는 1:2가 되도록 설정하였다.
3) 침전물의 형성
90℃에서 혼합액을 30분 동안 반응이 이루어지도록 유지시켜 침전물을 형성시킨다.
4) 산화아연 분말 수득
혼합액으로부터 침전물을 여과하여 분리시킨 후, 반복 수세 작업을 거친 다음 건조시켜 산화아연 분말을 수득한다.
상기 산화아연 분말의 성분은 아래와 같다.
전체 중량 100%를 기준으로 표현하였으며, 잔부는 기타 불가피한 불순물로 구성된다.
산화아연(ZnO): 99.7%, 마그네슘(Mg): 0.02222%, 알루미늄(Al): 0.0023%, 실리콘(Si): 0.0307%, 칼슘(Ca): 0.055%, 니켈(Ni); 0.0005%, 탄소(C): 0.017%, 철(Fe): 0.0023%, 염소(Cl): 0.0015%
원재료와 비교하여 산화아연(ZnO)의 비율이 향상되었으며, 철(Fe)을 포함하는 불순물이 감소하였고, 납(Pb) 및 카드뮴(Cd)과 같은 인체에 유해한 중금속은 검출되지 않았으며, 염소(Cl)의 함량이 월등하게 감소하였음을 확인할 수 있다.
비교예 1
실시예와 동일한 방법으로 산화아연 분말을 제조하되, 1) 용해액의 제조 과정에서 아세트산 용액의 농도를 40w% 농도로 하고, 여기에 일반 산화아연을 투입하였다.
비교예 2
비교예 1과 동일한 방법으로 산화아연 분말을 제조하되, 2) 혼합액의 제조 과정에서 용해액과 염기성 용액인 수산화나트륨 용액을 한번에 혼합하여 혼합액을 제조하였다. 다만, 비교예 1과 당량비와 동일하도록 용해액 및 수산화나트륨 용액의 양을 제어하였다.
비교예 3
비교예 1과 동일한 방법으로 산화아연 분말을 제조하되, 3) 침전물의 형성과정에서 40℃의 온도에서 반응이 이루어지도록 유지하였다.
비교예 4
비교예 1과 동일한 방법으로 산화아연 분말을 제조하되, 3) 침전물의 형성과정에서 20℃의 온도에서 반응이 이루어지도록 유지하였다.
평가
1) 온도 변화에 따른 용해도 변화
도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예의 경우, 용해액의 농도가 20w%이므로 온도 변화에 따른 용해도 변화가 20000mg/kg 미만으로 이루어지는 반면, 비교예 1의 경우, 용해액의 농도가 40w%이므로 온도 변화에 따른 용해도 변화가 60000mg/kg을 초과한다. 따라서 용해된 아연(Zn)이 결정화되어 용액 중 농도가 떨어지고, 이를 유지하기 위해서는 용액 보관 및 전체 공정온도를 용해도 이상의 온도로 유지해야 하는 공정상 비용 문제가 발생하게 된다.
2) 산화아연 분말의 입자 크기 및 형상
도 2 및 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예의 경우, 제1염기성 용액을 베이스로 하여 용해액과 제2염기성 용액을 함께 일정한 속도로 투입하였고, 90℃에서 반응이 이루어지도록 하여 1차 입자의 형태가 구 형의 균일한 결정상을 갖는 산화아연 분말이 제조되었다. 또한, 1차 입자의 군집으로 형성된 2차 입자는 100 내지 300nm의 입경을 가짐을 확인할 수 있다.
반면, 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 2의 경우, 혼합액의 제조과정에서 용해액과 염기성 용액의 혼합이 한번에 이루어지도록 하여 균일하지 않은 형태의 1차 입자를 갖는 산화아연 분말이 제조되었다. 1차 입자의 평균 입경이 50nm를 초과하였으며, 2차 입자도 300nm를 초과함을 확인할 수 있다.
한편, 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 3의 경우, 침전물의 형성과정에서 40℃에서 반응이 이루어지도록 하여 매우 불규칙한 형태의 1차 입자를 갖는 산화아연 분말이 제조되었다. 1차 입자의 평균 입경이 50nm를 초과하였으며, 2차 입자도 300nm를 초과함을 확인할 수 있다.
또한, 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 4의 경우, 침전물의 형성과정에서 20℃에서 반응이 이루어지도록 하여 결정상을 갖지 않는 산화아연 분말이 제조되었다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (13)

  1. 20 내지 80℃의 온도 조건에서, 10w% 초과, 40w% 미만의 농도의 유기산 용액에 아연을 포함하는 원재료를 용해하여 용해액을 제조하는 단계;
    상기 용해액과 염기성 용액을 혼합하여 침전물을 형성시키는 단계; 및
    상기 용해액과 염기성 용액의 혼합액으로부터 상기 침전물을 분리하는 단계;를 포함하고,
    상기 침전물을 형성시키는 단계는,
    pH 9 내지 11의 수산화나트륨 용액으로 이루어진 제1염기성 용액에 상기 용해액 및 40 내지 60w%농도의 수산화나트륨 용액으로 이루어진 제2염기성 용액을 투입하는 과정; 및
    상기 제1염기성 용액 및 제2염기성 용액이 상기 용해액과 반응하여 상기 침전물이 형성되는 과정;을 포함하는 산화아연 분말 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 침전물을 분리하는 단계 이후에는,
    상기 침전물을 건조하여 산화아연 분말을 수득하는 단계; 및
    상기 산화아연 분말을 수세하여 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함하는 산화아연 분말 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 불순물을 제거하는 단계 이후에는,
    상기 산화아연 분말을 분쇄하는 단계;를 더 포함하는 산화아연 분말 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용해액을 제조하는 단계에서는,
    상기 유기산 용액 100 중량부에 투입되는 상기 원재료는 7 내지 14 중량부인 산화아연 분말 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    20 내지 80℃의 온도 구간에서, 온도 변화에 따른 용해도의 최대 값과 최소 값의 차이가 20g/kg 미만인 산화아연 분말 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용해액 및 제2염기성 용액을 투입하는 과정에서는,
    상기 제1염기성 용액에 상기 용해액 및 상기 제2염기성 용액을 각각 10 내지 30분 동안 일정한 속도로 투입하는 산화아연 분말 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 침전물을 형성시키는 단계에서는,
    상기 용해액에 포함된 아연(Zn) 이온에 대한 상기 염기성 용액의 수산화이온의 당량비는 1:1 내지 1:2인 산화아연 분말 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 침전물을 형성시키는 단계에서는,
    상기 혼합액의 pH는 7 내지 11인 산화아연 분말 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 침전물을 형성시키는 단계에서는,
    50 내지 90℃의 온도 조건에서, 상기 침전물이 형성되는 산화아연 분말 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    20 내지 40분 동안 상기 용해액과 상기 염기성 용액의 반응이 이루어지도록 유지하는 산화아연 분말 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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