KR20060121495A

KR20060121495A - 금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균알루미늄 코일 핀재의 제조방법

Info

Publication number: KR20060121495A
Application number: KR1020050043714A
Authority: KR
Inventors: 이명호; 정구완
Original assignee: 한국공조엔지니어링 주식회사; 나노폴리(주)
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2006-11-29

Abstract

본 발명은 1~20나노미터(nm) 사이의 입자 크기를 갖는 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 이산화티타늄(TiO₂) 등 금속의 나노입자를 일정 비율로 친수성 도료나 방청 도료에 혼합하여 공조기의 열교환기용 알루미늄 코일 핀(fin)재에 코팅 처리함으로써 공조기의 코일 핀재 표면에 서식할 수 있는 각종 박테리아나 곰팡이류의 서식 및 증식을 원천적으로 제거하여 위생적인 실내공기를 공급할 수 있도록 한 금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법을 제공한다.

Description

금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법{Manufacture method of the aluminum cooling plate use of metallic nano particles that have anti-fungi and antimicrobial function}

도 1은 본 발명상의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재가 설치된 열교환기를 내재한 공조기(空調機)의 내부를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명상의 항균 알루미늄 코일 핀재에 이용된 은(Ag)의 입자 크기가 평균 7나노미터(nm)의 크기로 분포되어 있는 상태를 나타낸 TEM사진.

도 3은 본 발명상의 항균 알루미늄 코일 핀재에 이용된 은(Ag)의 입자 크기가 평균 1~2나노미터(nm)로 분포되어 있는 상태를 나타낸 TEM사진.

본 발명은 공조기(空調機)의 열교환기용 알루미늄 코일 핀재에 1~20nm의 크기를 갖는 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 이산화티타늄(TiO₂) 등 금속의 나 노 입자를 혼합 또는 1종 이상 일정 비율로 알루미늄 코일 핀재 표면의 코팅 처리제인 친수성 도료나 방청 기능성 도료에 혼합하여 알루미늄 코일 핀재 표면에 코팅 처리함으로써 알루미늄 코일 핀재에 강력한 항곰팡이성 및 살균과 항균성을 장기적으로 부여하여 알루미늄 코일 핀재 표면에 서식할 수 있는 각종 박테리아 및 곰팡이류를 원천적으로 제거하고, 공조기로부터 위생적인 알루미늄 코일 핀재 표면을 통과한 공기가 실내에 공급될 수 있도록 한 금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 공조기의 열교환용 코일은, 도 1에서와 같이 원형 동관과 알루미늄 코일 핀으로 이루어져 있고, 상기 동관 내에 냉매가 흐르며 알루미늄 코일 핀재 표면의 높은 온도의 열을 밀착된 동관을 통하여 열교환하는 과정에서 핀재 표면 사이를 통과하는 공기의 온도가 핀재의 표면 온도보다 높기 때문에 상대 습도가 높아지게 되어 핀재의 표면에 물방울이 맺히게 된다. 이와 같이 열교환용 코일은 항상 높은 습도가 유지된 상태에 있게 되므로 곰팡이를 비롯한 각종 박테리아 등 미생물이 서식하게 되어 비위생적이고 각종 세균성 질환의 원인이 되고 있으므로 인체에 무해하면서 강력하고도 지속적인 항균력을 가진 공조기의 열교환용 알루미늄 코일 핀재가 요구되고 있는 실정이다.

상기한 문제점을 해소하기 위한 종래의 기술로서,

열교환용 알루미늄 코일 핀재에 항균처리를 하여 사용하는 경우가 있고, 특 히 세균 및 곰팡이가 번식하지 못하도록 일반적인 유기계 및 화학적인 방부제(예 : 벤즈이미다졸 화합물의 친수 피막을 형성한 것을 특징으로 한 일본 특허평 제1-240688호, 친수 피막에 속효성과 지효성의 항균제를 이용는 것을 특징으로 한 일본 특허평 제2-101395호 등)를 이용하거나 유기 비소계 화합물(예 : 10,10-옥시비스페녹시 이르신(OBPA)을 이용하는 것을 특징으로 한 미국 특허 제4,683,080호) 또는 트리뷰틸 틴, 이산화동, 분말상의 구리 등을 친수성 도료 및 방청 도료에 혼합 및 코팅 처리하여 사용한 것 등이 있다.

특히 분말상의 구리를 이용할 경우에 마이크로미터 크기의 입자를 갖는 구리를 분말화 하여 이용한 선례도 있었으나 그 입자의 크기가 커서 핀재를 성형 가공할 때 가공하는 금형에 손상을 줄 우려가 있을 뿐 아니라 구리 표면의 에너지가 높지 못하여 항균력을 유지하기가 힘들었다.

최근 들어 은(Ag)입자 또는 은 이온(Ag⁺)을 이용하는 경향이 늘고 있으나, 그 은(Ag)입자 또는 은 이온(Ag⁺)을 선택 및 이용하는 방법과 알루미늄 코일 핀재의 소재에 적용하는 방법이 미흡하여 경제성이 떨어지거나 공정상의 애로와 단시간 내의 강력한 항균 및 살균 효과나 지속성이 결여되는 문제점이 있었다.

예를 들면, 한국 특허공개번호 제10-2004-0095581호의 경우에는 본 발명에서 이용하고자 하는 금속의 나노 입자 크기(최대 20nm)보다 10여배 큰 크기를 그 상한 크기로 하는 300나노미터(nm) 이하의 입자 크기를 갖는 은(Ag) 나노입자를 이용하며, 그 이용량도 알루미늄 코일 핀재에 이용할 전착도료의 중량 대비 35wt%까지 과 중하게 이용하는 것으로 하는 것을 특징으로 하면서, 특히 은 화합물(AgNO₃)에서 은 입자를 제조할 때 은 이온(Ag⁺)의 상대 이온인 “질산기”를 갖는 이온 “NO₃ ^-”가 제거되지 않아 알루미늄 코일 핀재의 피막 표면의 산화를 유발하기 때문에 우수한 내구성을 유지하기가 곤란하였다.

또한, 한국 특허공개번호 제10-2004-0068489호는 계면활성제 수용체 속에서 질산은(AgNO₃)을 이온 환원하여 제조한 은(Ag) 입자를 이용하여 알루미늄 코일 핀재에 이용할 항균성 친수 도료를 제조하는 방법에 관한 것인데, 이 경우에도 바람직하게는 20나노미터(nm)의 크기를 이용한다 하나 그 최대치를 500nm 크기의 은(Ag)입자를 이용하며, 그 이용량은 명시된 최하 농도인 30,000ppm의 것을 기준하여도 도료 조성물의 중량 대비 최대 10wt%를 이용할 경우 이 역시 이용되는 농도가 3,000ppm의 농도가 되기에 과중한 이용량을 그 기준으로 하고 있으며, 추가로 항균력을 보완하기 위하여 이소티아졸린계의 항곰팡이제를 첨가할 수 있도록 하고 있으나, 이 역시 질산기 이온(NO₃ ^-)을 제거하지 않고 이용하기에 알루미늄 코일 핀재의 피막에 부식의 가능성이 높아지게 된다.

그리고, 한국 특허공개번호 제10-2002-0086762호의 경우에는 금속 소재의 표면에 플라즈마 처리를 하여 중합고분자 막이 증착되고 그 사이에 항균층이 형성되는 것을 특징으로 하나, 고가의 장치 설비비를 필요로 하는 문제점이 있다.

또한, 한국 특허공개번호 제10-2005-0018918호 및 제10-2005-0012202호의 경 우, 냉각코일에 은나노 분산 콜로이드 졸 용액을 코팅하거나 나노실버가 증착된 공조기 코일을 제조하는 것을 특징으로 하고 있으나, 양극산화처리법을 이용한 방법 또는 플라즈마 증착에 의한 방법으로“NO₃ ^-"이온이 제거되지 않은 상태의 은(Ag) 콜로이드 용액을 이용하기 때문에 부식의 가능성이 높으며, 플라즈마 증착의 경우에는 장치비가 많이 소요되며 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

이상과 같이, 기존의 항균제로서는 1시간 이내에 99% 이상 강력한 살균력을 발휘할 정도가 못되며 24시간이 경과된 후에야 비로소 항균력을 유지할 수 있는 수준이었으며, 따라서 사용량을 증가시켜야 하였다. 아울러, 친수성 도료내에 함입되는 금속의 나노입자의 균일한 분포가 이루어지지 않으므로써 도료전체에 대한 효과발휘가 더디게 되었다. 또한 상기 방부제류는 독성이 존재하거나 특히 화학제재의 경우에는 미생물에 내성을 주게 되고, 장기적으로 그 효과나 지속성이 떨어지는 경향이 있으며, 폐기 처리시 환경오염의 물질로 인해 대기나 수질을 오염시킬 우려가 높은 문제점이 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 금속의 나노입자(nano-particle)를 이용한다 하더라도 강력한 항곰팡이성(anti-fungi) 및 살균력과 항균성을 나타내지 않으면 그 효과를 얻기가 힘들기 때문에 본 발명에서는 백 금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 이산화티타늄(TiO₂)을 나노화한 그 입자의 크기가 20나노미터(nm) 이하의 것을 이용하고, 특히 보다 바람직하게는 1~2 나노미터(nm) 크기의 금속의 나노입자를 이용함으로써 일반 화학적인 방부제나 독성 물질을 전혀 이용하지 않고도 강력한 항균성과 항곰팡이성의 효과를 가지는 공조기의 열교환기용 항균 코일 핀재의 제조방법을 제공함과 아울러,

친수성 도료 및 방청 도료와 혼합하여 이용시 그 이용 도료와의 상용성 및 환경 친화성을 유지할 수 있도록 금속의 나노 입자를 혼합하는 용매를 수용성으로 하고 금속의 나노 입자가 응집되어 침전되지 않도록 균일 분산시키므로써 이를 안정화 시켜 알루미늄의 코일 핀재에 골고루 분산 처리되도록 하는 방법과,

은(Ag)입자를 이용할 경우, 특히 질산은(AgNO₃)을 이용하여 제조된 금속의 나노화된 은(Ag)입자를 이용할 경우, 콜로이드 용액 중 제조과정에서 발생하는 은 이온(Ag⁺)의 상대 이온인 질산기 이온(NO₃ ^-)을 제거하여 부식성 없이 지속적으로 항균력을 유지하며 우수한 내구성을 유지할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하 전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

공조기의 열교환용 알루미늄 코일 핀재에 도포되는 친수성 도료 및 방청도료 에 혼합하여 코팅 처리용으로 이용되는 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 이산화티타늄(TiO₂) 등 금속의 나노 입자는 그 농도를 1,000ppm~10,000ppm 사이로 하고, 그 크기는 통상 1~20nm 사이의 입자 크기로 하며, 특히 강력한 살균력을 유지하고자 할 경우에는 1~2nm 크기의 나노입자를 이용하고, 그 이용량은 100ppm~200ppm 사이의 농도로 한다.

상기 금속의 나노입자, 즉 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 이산화티타늄(TiO₂)의 나노입자 제조는 금속을 그라인딩 작업을 하여 물리적으로 분쇄하거나, 전기적 폭발에 의한 분쇄방법을 통하여 제조를 하거나, 또는 금속의 입자를 괘 상태의 목적물(타겟:target)에서 플라즈마 처리를 통하여 이온 또는 원자를 분리하여 얻어 낼 수 있는 방법으로 제조한 금속의 나노 입자를 이용하거나, 그 밖에 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등을 함유한 금속 염 및 화합물 또는 이산화티타늄(TiO₂)의 금속 산화물 염을 정제 및 해리(dissociation), 이온 환원하여 제조한 금속의 나노입자를 이용한다.

특히, 금속의 나노입자 중 은(Ag) 나노 입자(=nano-silver)는 그 금속 염 및 화합물로서 질산은(AgNO₃), 과염소산 은(AgClO₄), 염소산 은(AgClo₃), 황산은(Ag2SO₄), 아세트산 은(CH₃COOAg)을 이용하여 제조한 금속의 나노 입자를 이용한다.

또한, 상기 은(Ag) 나노 입자는 계면활성제를 수용체로 하고 그 은(Ag)을 함유한 금속 염 및 화합물을 해리하여 이온 환원시켜 금속의 은(Ag)을 추출하여 제조 된 금속의 은(Ag) 나노 입자, 또는 은(Ag)을 함유한 금속 염 및 화합물을 해리하여 이온 환원시켜 금속의 은(Ag)을 추출하고 실리카나 지올라이트 또는 인산지르코늄을 담체로 하여 안정화를 취하게 하여 제조된 금속의 은(Ag) 나노 입자, 또는 은(Ag)을 함유한 금속 염 및 화합물의 고분자 안정제를 물 또는 비수계 용매에 용해시키고 질소 퍼지(purge)한 후 감마선을 조사(照射)하여 제조된 금속의 은(Ag)입자를 이용한다.

특히, 상기 은 화합물 중 질산은(AgNO₃)을 원료로 하여 제조한 금속의 은(Ag)은 은 화합물(AgNO₃)에서 은(Ag) 입자를 제조시 필연적으로 생성되는 은 이온(Ag⁺)의 상대 이온인 “질산기”를 갖는 이온인 “NO₃ ^-”이 알루미늄 코일 핀재의 표면에 코팅된 피막의 산화 및 부식의 원인을 제공하기 때문에 이를 제거하기 위하여 이온교환수지에 통과시키거나 진공증류방법 등으로 제거한 콜로이드 상태의 은(Ag) 입자를 친수성 도료 및 방청도료와 혼합하여 알루미늄 코일 핀재에 코팅한다.

이때, 금속의 나노입자가 도료내에서 충분히 균일 분산되도록 본 발명에서는 종래에 비해 더욱 미세하게 함으로써 도 2, 도 3에서 보는 바와 같은 균일 분산 상태를 얻을 수 있게 되었다.

이하에 본 발명을 보다 알기 쉽고 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 설명한다. 단, 본 발명은 이 실시예에만 한정되지 않음을 밝힌다.

[실시예]

(실시예 1)

공조기의 열교환용 알루미늄 코일 핀재의 표면에 친수성 도료를 코팅 처리하는 공정에서, 상기 친수성 도료에 나노화된 은(Ag)을 혼합함에 있어 입도 규격이 평균 7nm인 금속의 나노화된 은(Ag)입자를 200ppm 농도로 희석하여 황색포도상구균(staphylococcus aureus ATCC 6538P), 대장균(escherichia coli ATCC 8739), 녹농균(pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)에 대하여 다음과 같이 살균력을 시험한 결과, 45분 만에 99% 이상(JIS 일본공업규격 시험에 의한 log2 이상)의 살균력을 나타냈다.

1. 시험결과 : 살균력(의뢰자 제시방법-JIS Z 2801 준용)-45분, 1시간, 3시간 경과 후

2. 시험방법

-JIS Z 2801 준용

-표준 피복 필름 : Stomacher 400® poly-bag

-시험조건 : 시험 균액을 35±1℃, RH 90±5%에서 45분, 1시간, 3시간 정치 배양 후 균수 측정

-항균 활성치(S) : log(Ma/Mb), 감소율(%) : [(Mb-Mc)/Mb〕× 100

-증가율(%) : Mb / Ma (31.6배 이상)

Ma : 표준 시료의 시험균 접종 직후의 생균 수의 평균(3검체)

Mb : 표준 시료의 일정시간(45분, 1시간, 3시간) 배양 후 생균수의 평균(3검체)

Mc : 표준 가공시료의 일정시간(45분, 1시간, 3시간) 배양 후 생균수의 평균(3검체)

(실시예 2)

콜로이드 상태의 은(Ag) 나노입자가 1,000ppm 농도로 희석된 시료 2개를 각각 100ml씩 준비하되, 그 중 하나는 “NO₃ ^-"를 제거하지 않은 상태의 시료이며, 다른 하나는 ”NO₃ ^-"를 제거한 상태의 시료이다.

시험 기관 및 방법은 한국화학시험연구원의 표준방법(Standard Method 1988)에 의거하였으며, 그 결과는 아래 표와 같다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의해서, 공조기 열교환기용 알루미늄 코 일 핀재에 1~20nm의 크기를 갖는 미세한 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 이산화티타늄(TiO₂) 등 금속의 나노 입자를 혼합 또는 1종 이상 일정 비율로 알루미늄 코일 핀재 표면의 코팅 처리제인 친수성 도료나 방청 기능성 도료에 혼합하여 알루미늄 표면에 코팅 처리함으로써 균일한 금속의 나노입자 분포를 얻을 수 있어 도료 전체에 걸쳐 매우 효과적으로 알루미늄 코일 핀재 표면에 서식할 수 있는 각종 박테리아 및 곰팡이류를 원천적으로 제거할 수 있고 박테리아를 1시간 이내에 강력하게 살균할 수 있으며,

질산은(AgNO₃)을 이용하여 제조된 금속의 은(Ag)입자를 이용할 경우 콜로이드 용액 중 제조과정에서 발생하는 은 이온(Ag⁺)의 상대 이온인 질산기 이온(NO₃ ^-)을 제거한 상태에서 이용하기 때문에 알루미늄 코일 핀재의 부식성 없이 우수한 내구성을 유지시킬 수 있고, 공정의 애로 없이 기존에 이용하던 친수 및 방오 성분의 도료에 소량의 금속의 나노입자를 혼합하여 이용함으로써 경제적인 제품의 생산이 가능할 뿐 아니라 무독성 금속의 나노입자를 수용성의 콜로이드 상태로 혼합 이용함으로써 위생적이고 환경친화적인 열교환기의 알루미늄 코일 핀재를 부품으로 한 공조기를 제공할 수 있는 등 다양한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법에 있어서,

공조기의 열교환용 알루미늄 코일 핀재에 도포되는 친수성 도료 및 방청도료에 혼합하여 코팅 처리되는 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 이산화티타늄(TiO₂) 등 금속의 나노 입자는 그 농도를 1,000ppm~10,000ppm 사이로 하고, 그 크기는 20nm이하의 입자 크기로 하되, 특히 강력한 살균력을 유지하고자 할 경우에는 1~2nm 크기의 나노입자를 이용하며, 그 농도는 100ppm~200ppm 사이로 하는 것을 특징으로 하는 금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 이산화티타늄(TiO₂)의 나노입자 제조방법은 금속을 물리적으로 분쇄하거나 전기적 폭발에 의한 분쇄방법을 통하여 제조를 하거나, 또는 금속의 입자를 괘 상태의 목적물(타겟:target)에서 플라즈마 처리를 통하여 이온 또는 원자를 분리하여 얻어내거나, 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등을 함유한 금속 염 및 화합물 또는 이산화티타늄(TiO₂)의 금속 산화물 염을 정제 및 해리(dissociation), 이온 환원하여 제조하는 것을 특징으로 하는 금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법.
제 2항에 있어서,

상기 금속의 나노입자 중 은(Ag) 나노 입자(=nano-silver)의 또다른 제조방법은, 금속 염 및 화합물로서 질산은(AgNO₃), 과염소산 은(AgClO₄), 염소산 은(AgClo₃), 황산은(Ag2SO₄), 아세트산 은(CH3COOAg)을 정제 및 해리, 이온환원하여 제조하는 것을 특징으로 하는 금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 은(Ag) 나노 입자의 또다른 제조방법은, 계면활성제를 수용체로 하며 은(Ag)을 함유한 금속 염 및 화합물을 해리하여 이온 환원시켜 금속의 은(Ag)을 추출하여 제조하거나, 은(Ag)을 함유한 금속 염 및 화합물을 해리하여 이온 환원시켜 금속의 은(Ag)을 추출하고 실리카나 지올라이트 또는 인산지르코늄을 담체로 하여 안정화를 취하게 하여 제조하거나, 또는 은(Ag)을 함유한 금속 염 및 화합물의 고분자 안정제를 물 또는 비수계 용매에 용해시키고 질소 퍼지(purge)한 후 감마선을 조사(照射)하여 제조하는 것을 특징으로 하는 금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법.
알루미늄 코일 핀재의 표면에 코팅된 피막의 산화 및 부식의 원인을 제거하기 위하여, 은 화합물(AgNO₃)에서 은(Ag) 입자를 제조시 필연적으로 생성되는 은 이온(Ag⁺)의 상대 이온인 “질산기”를 갖는 이온인 “NO₃ ^-”을 이온교환수지를 통하거나 진공증류방법 등으로 제거한 콜로이드 상의 은(Ag) 입자를 친수성 도료 및 방청도료와 혼합하여 알루미늄 코일 핀재의 표면에 코팅하는 것을 특징으로 하는 금속의 나노 입자를 이용한 공조기의 열교환용 항균 알루미늄 코일 핀재의 제조방법.