KR20030010820A

KR20030010820A - 바이오 세라믹 조성물 및 이를 이용한 바이오 세라믹 볼

Info

Publication number: KR20030010820A
Application number: KR1020010045391A
Authority: KR
Inventors: 박휘경
Original assignee: 박휘경
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-06
Also published as: KR100472060B1

Abstract

본 발명은 산화알루미나(Al₂O₃) 20~30 중량%, 산화칼륨(K₂O) 5~10 중량%, 산화티탄(TiO₂) 0.02중량% 이하, 탄산칼슘(CaCO₃) 3~4중량%, 산화규소(SiO₂) 15~20 중량%, 은(Ag) 0.1 중량% 이하, 산화마그네슘(MgO₂) 25~35 중량%, 화합수(H₂O) 1.5~2 중량%, 베리움(BeO) 0.5~1 중량%, 옥(玉) 5~8 중량%, 산화제1철(Fe₂O₃) 4~5 중량%, 산화나트륨(Na₂O₃) 3~4 중량%를 포함하는 바이오 세라믹 조성물 및 이를 이용한 세라믹볼에 관한 것이다. 본 발명의 바이오 세라믹은 정수기의 기능수화 즉 하우징 내부의 단계종류별로 쌓은 세라믹이 하나의 세라믹으로 대체가능하며, 수족관, 양어장 및 양식장등의 수질개선용으로 사용되며, 식품가공업, 식음료 업체, 하,폐수 처리, 토양개선 및 각종 기능성 세라믹 제품에 사용가능하다.

Description

바이오 세라믹 조성물 및 이를 이용한 바이오 세라믹 볼 {Bio ceramic composition and bio-ceramic ball using the same}

본 발명은 바이오 세라믹 조성물에 관한 것으로, 특히 바이오 세라믹 조성물 및 이를 이용한 바이오 세라믹볼에 관한 것이다.

일반적으로 세라믹이란 무기물질을 주원료로 사용하는 산화물, 질화물, 탄화물 등의 재료를 뜻하는 것으로 이러한 재료는 금속재료, 유기재료에 비하여내식성, 내열성, 내마모성 등이 매우 크며 다양한 기능을 가지는 현대공업재료 중 가장 중요한 위치를 차지한다.

컴퓨터의 기억소자 및 전자공업의 필수품인 반도체, 강유전체, 강자성체는 물론 원자력공업의 재료, 핵특성재료, 방사선 차폐재료, 항공우조공학의 특수 무기제품 등 세라믹의 용도는 매우 넓다. 우리 주변의 시멘트, 유리, 범랑, 내화물, 단열재, 건축용 점토제품, 도자기 등이 고전적인 세라믹의 예이며, TV의 CRT와 유리섬유 등은 우리생활에 없어서는 안되는 세라믹 제품들의 예이다.

이러한 세라믹을 제조방법에 따라 분류하면 내화재료, 소결재료, 수경재료, 용융재료, 단결정, 박막재료 등이 있다.

내화재료란 일반적으로 고온에 견디는 물질을 말하는 것으로 1000 ℃ 이상의 고온에서 연화하지 않고 그 강도를 유지하며, 화학적 반응 등에도 견딜 수 있는 재료로서 내화벽돌 및 금속 용해용 도가니 등에 사용된다.

소결재료란 분말체를 원하는 형상으로 성형한 후 가열하면 서로 단단히 결합하여 치밀화하는 현상을 이용하여 만든 재료로, 고체의 분말을 틀속에 넣고 프레스로 적당히 눌러 단단하게 만든 다음 그 물질의 녹는점에 가까운 온도로 가열했을 때, 분말이 서로 접한 부분에서 접합이 이루어지거나 일부가 증착하여 서로 연결되어 한 덩어리가 된다. 대부분의 세라믹 재료는 이와 같은 소결 공정을 거쳐 제조되며, 대표적인 예로서는 도자기와 파인세라믹 재료의 대표인 알루미나, 지르코니아, 탄화규소, 질화규소 등이 있다.

수경재료란 물과 반응하여 경화하는 재료로서 대표적으로 시멘트가 있다. 용융재료의 대표적인 예로서 유리가 있다. 유리는 무기질의 용융체를 냉각할 때 결정화하지 않고 단단한 상태로 과냉각될 수 있는 물질이다. 단결정이란 결정 전체가 일정한 결정축을 따라 규칙적으로 생성된 세라믹 재료, 다른 세라믹 재료들이 다결정체인데 비하여 하나의 결정으로만 이루어졌기 때문에 물질의 고유한 특성을 약화시키는 결함이 존재하지 아니하므로 가장 이상적인 재료이다.

박막재료란 기계 가공으로는 실현이 불가능한 두께 수 ㎛이하의 얇은 막을 여러 가지 방법으로 기판위에 형성시켜 목적하는 물성을 나타내게한 재료로서 반도체, 화합물 반도체, 절연체, 자성체, 초전도체 등의 박막이 있다.

현재 상품화 되어있는 기능성 세라믹으로는 게르마늄, 맥반석등 원적외선 방사세라믹, 세레사이트-견운모를 가공 소성시킨 항균세라믹, 산화마그네슘, 산화칼슘 등 알칼리 발생 세라믹, 옥(玉)등 광물자체의 기능석, 음이온, 경수연화 등 단일 세라믹으로 사용중이다.

음이온이란 중성원자 또는 전자단에서 전자가 상실된 것을 양이온이라고 하고 전자가 더해진 것을 음이온이라고 한다. 물질에서 전자가 이탈하면 산화현상을 일으키게 되는데 이를 부패라고 한다. 인체는 대부분 수분으로 이루어져있고 이는 수소화 산소의 화합물이다. 그런데 수소는 전자를 상실하기 쉬운 성질을 가지고 있어 이 수소전자의 상실은 인체의 산화현상으로 노화의 원인과 건강의 약화를 가져온다. 현대의 이슈가 되고 있는 제3의 생명체, 공기중의 비타민 음이온의 지속적인 공급이 인체에 필요하다는 것은 의학계의 상식으로 되어있다.

높은 산에 올라가면 기분이 좋고 상쾌한 것은 음이온이 충만하기 때문이다.제니센은 비록 도심지 같은 곳에서 사용하더라도 강한 자장의 영향으로 전자량이 중가되어 음이온으로 주위가 쌓여져 인체에 음이온을 충분히 공급할 수 있도록 해야만 인체나 동식물의 생성력과 건강이 강력히 유지된다. 보통 음이온 수치가 200을 넘으면 강한 이온활동을 하는 것이다.

이렇듯 종래의 세라믹은 각 단일 세라믹으로 단일 기능을 발휘하였으나, 본 발명의 바이오 세라믹은 하나의 세라믹볼 자체가 여러 세라믹의 기능을 종합하므로 단순히 단일 특수광물을 분쇄 소성한 것이 아니라 여러 광물의 특성을 분석하고 서로간의 상호작용을 중시하여 얻은 성분조성물이다. 즉, 아무리 좋은 광물들이라도 서로 상호작용을 방해할 수도 있고 또 소성중 화합이 안되는 경우도 있음에 단순히 특수광물에서 추출한 성분만을 결합했다고 보면 안되며 함유량, 광물종류 등을 선별하여 작업을 하였으며, 각 성분은 화학성분이 아닌 천연 광물만을 사용하여 기술적 경제적 이점을 추구하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 하나의 세라믹에서 단일 기능을 하던 바이오 세라믹이 아니라 하나의 세라믹으로 다기능을 종합적으로 강력 발생시키는 바이오 세라믹 조성물과 그 조성물로 제조된 바이오 세라믹볼을 제공하는데 있다.

상기 목적뿐만 아니라 기존의 단일기능의 세라믹보다 각 기능의 작용이 좋은 바이오 세라믹을 제공하기 위하여, 본 발명의 바이오 세라믹 조성물은 산화알루미나(Al₂O₃) 20~30 중량%, 산화칼륨(K₂O) 5~10 중량%, 산화티탄(TiO₂) 0.02중량% 이하, 탄산칼슘(CaCO₃) 3~4중량%, 산화규소(SiO₂) 15~20 중량%, 은(Ag) 0.1 중량% 이하, 산화마그네슘(MgO₂) 25~35 중량%, 화합수(H₂O) 1.5~2 중량%, 베리움(BeO) 0.5~1 중량%, 옥(玉) 5~8 중량%, 산화제1철(Fe₂O₃) 4~5 중량%, 산화나트륨(Na₂O₃) 3~4 중량%를 포함하는 것에 특징이 있다.

상기 바이오 세라믹 조성물로 제조된 바이오 세라믹볼은 직경 3~7mm의 크기로 성형되며 다공성이 우수한 점에 특징이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바이오 세라믹볼의 방사율에 대한 시험결과,

도 2는 본 발명에 따른 바이오 세라믹볼의 방사에너지에 대한 시험결과,

도 3은 본 발명에 따른 바이오 세라믹볼의 적외선 열화상에 대한 시험결과,

도 4는 본 발명에 따른 바이오 세라믹볼의 대장균에 대한 항균시험결과,

도 5는 본 발명에 따른 바이오 세라믹볼의 녹농균에 대한 항균시험결과,

도 6은 본 발명에 따른 바이오 세라믹볼의 탈취율에 대한 시험결과.

본 발명의 바이오 세라믹 조성물 및 그 조성물로 제조된 세라믹볼을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 다기능의 바이오 세라믹 조성물은 산화알루미나(Al₂O₃) 20~30 중량%, 산화칼륨(K₂O) 5~10 중량%, 산화티탄(TiO₂) 0.02중량% 이하, 탄산칼슘(CaCO₃) 3~4중량%, 산화규소(SiO₂) 15~20 중량%, 은(Ag) 0.1 중량% 이하, 산화마그네슘(MgO₂) 25~35 중량%, 화합수(H₂O) 1.5~2 중량%, 베리움(BeO) 0.5~1 중량%, 옥(玉) 5~8 중량%, 산화제1철(Fe₂O₃) 4~5 중량%, 산화나트륨(Na₂O₃) 3~4 중량%를 포함한다.

본 발명에 따른 바이오 세라믹볼은 상기 바이오 세라믹 조성물을 직경 3~7mm의 크기로 성형하며 우수한 다공성을 가진다.

본 발명의 바이오 세라믹의 성형/소성과정은 다음과 같다.

먼저, 각 천연광물을 적당히 분쇄한다. 이때, 은의 함유는 맥박석에 은도금한후 분쇄하므로 자연스런 믹싱작업이 포함된다. 적당히 분쇄된 각 광물을 200매쉬의 분말로 분쇄한후 볼형태로 성형한다. 이때 볼성형시 화합수에는 이온자화수, 원적외선방사수, 키토산의 혼합물을 사용한다. 그 다음 약 1050℃에서 1차 소성을 수행한다. 다공질로 하기위해 와목을 함유시키며 소성도에서 녹아 없어지는 카본을 섞어 가열하면 그것들이 타고 없어진 자리가 다공질이 된다. 볼의 크기는 자유스럽게 조절되며, 크기가 작을수록 그 기능은 증대된다. 소성후 로에서 꺼내 상온에서 약 4시간 식힌다. 이때 볼의 성형과정에서 함량차이 및 이그로스가 가능하므로 사용목적에 따라 세라믹볼을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 바이오 세라믹볼의 특징을 살펴보면, pH 7.8 이상의 천연알칼리로 원적외선 방사율이 92% 이상이고, 탈취율은 91%이상, 음이온을 방사하며, 열화상은 높으며, 항균작용으로 대장균은 98.7%, 녹농균 97.6%, 살모렐라는 98%가 제거되며 자화기능이 있다.

이하 본 발명에서 제조된 바이오 세라믹 조성물을 이용한 바이오 세라믹볼을 한국원적외선협회에 의뢰하여 방사율, 방사에너지, 적외선 열화상, 대장균 및 녹농균에 의한 향균시험, 탈취율 및 음이온 발생수에 대하여 시험하였다.

시험 1

방사율 및 방사에너지에 대한 시험

방사율(5~20㎛)	방사에너지(W/㎡·㎛, 37℃ )
0.924	3.56 ×10²

본 시험은 37℃에서 시험하였으며 FT-IR Spectrometer를 이용한 BLACK BODY대비 측정결과이이며, 그 결과는 도 1과 도 2의 그래프에 도시되어 있다.

시험 2

적외선 열화상에 대한 시험

시료명	적외선 열화상 측정
세라믹 볼(코쎄 바이오 세라믹)	도 3 참조

본 시험은 적외선 열화상장치를 이용하여 실내온도 25℃, 습도 54% 조건에서 시험하였으며 측정대상물에서 방사되는 적외선 방사에너지를 영상과 온도 데이터로 처리한 측정 결과이고, 그 결과는 도 3에 나타나 있다.

시험 3

대장균 및 녹농균에 의한 항균시험

시험방법 : KFIA-FI-1002

사용균주 : Escherichia coli ATCC 25922

Pseudomonas aseruginosa ATCC 15442

시험결과

시험항목	시료구분	초기농도	24시간후 농도	정균감소율(%)
대장균에 의한 항균시험	Blank	1.5 ×10⁵	4.3 ×10⁵	-
대장균에 의한 항균시험	세라믹볼(코쎄바이오세라믹)	1.5 ×10⁵	2.0 ×10³	98.7
녹농균에 의한 항균시험	Blank	2.1 ×10⁶	5.8 ×10⁶	-
녹농균에 의한 항균시험	세라믹볼(코쎄바이오세라믹)	2.1 ×10⁶	5.0 ×10⁴	97.6

(주) 1) Blank : 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것이다.

2) 배지상의 균수는 희석배수를 곱하여 산출한 것이다.

그 시험결과는 도 4와 도 5에 나타나 있다.

시험 4

탈취율에 대한 시험

시험방법 : KFIA-FI-1004

시험가스명 : 암모니아

가스농도측정 : 가스검지관

시험결과

시험항목	경과시간(분)	Blank농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(%)
탈취시험	초기	500	500	-
	30	490	80	84
	60	480	60	88
	90	460	45	90
	120	450	40	91

Blank : 시료를 넣지 않는 상태에서 측정한 것이다.

그 시험결과는 도 6에 나타나 있다.

시험 5

음이온 방출에 대한 시험

시험방법 : KFIA-FI-1042

시험편 : 10(g)

전하입자 측정장치를 이용하여 실내온도 28 ℃, 습도 47%, 대기중 음이온수 104/cc 조건에서 시험하였으며 측정대상물에서 방출되는 음이온을 측정하여 단위체적당 이온수로 표시한 결과이다.

시험결과

시료명/항목	음이온(ion/cc)
세라믹 볼(코쎄 바이오세라믹)	218

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 하나의 세라믹볼 자체가 여러 세라믹의 기능을 가지며, 단순히 단일 특수광물을 분쇄 소성한 것이 아니라 여러광물의 특성을 분석하고 서로간의 상호작용을 고려하여 바이오 세라믹볼을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에서 제조된 바이오 세라믹 볼은 정수기의 기능수화 즉 하우징 내부의 단계종류별로 쌓은 세라믹이 하나의 세라믹으로 대체가능하며, 수족관, 양어장 및 양식장등의 수질개선용으로 사용되며, 식품가공업, 식음료 업체, 하,폐수처리, 토양개선 및 각종 기능성 세라믹 제품에 사용가능하다.

Claims

산화알루미나(Al₂O₃) 20~30 중량%, 산화칼륨(K₂O) 5~10 중량%, 산화티탄(TiO₂) 0.02중량% 이하, 탄산칼슘(CaCO₃) 3~4중량%, 산화규소(SiO₂) 15~20 중량%, 은(Ag) 0.1 중량% 이하, 산화마그네슘(MgO₂) 25~35 중량%, 화합수(H₂O) 1.5~2 중량%, 베리움(BeO) 0.5~1 중량%, 옥(玉) 5~8 중량%, 산화제1철(Fe₂O₃) 4~5 중량%, 산화나트륨(Na₂O₃) 3~4 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 세라믹 조성물.
제 1항의 조성물로 제조되고 직경이 3~7mm이고 다공질인 것을 특징으로 하는 바이오 세라믹볼.