KR20210155049A - Antifouling paint composition comprising mono-dispersed spherical mesoporous silica impregnated nano silver particles - Google Patents

Antifouling paint composition comprising mono-dispersed spherical mesoporous silica impregnated nano silver particles Download PDF

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KR20210155049A
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Abstract

The present invention relates to an antifouling paint composition comprising spherical mesoporous silica containing dispersed silver nanoparticles. The antifouling paint composition, to which spherical mesoporous silica containing dispersed silver nanoparticles according to the present invention has been applied, imparts an excellent antifouling effect to painted surfaces such as a hull, and the like, by blocking the biofilm generation, thereby being highly effective in contributing to the protection of the ecosystem.

Description

은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카를 포함하는 방오도료 조성물{Antifouling paint composition comprising mono-dispersed spherical mesoporous silica impregnated nano silver particles}Antifouling paint composition comprising mono-dispersed spherical mesoporous silica impregnated nano silver particles

본 발명은 방오도료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 은 나노입자의 유출이 없는 방오도료 즉 구상형 메조세공 실리카의 세공 내부에 분산 함유되어 외부 유출이 없는 구조체를 포함하는 방오도료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an antifouling paint composition, and more particularly, to an antifouling paint composition that does not leak silver nanoparticles, that is, an antifouling paint composition comprising a structure dispersed inside the pores of spherical mesoporous silica and not leaking externally. .

선박 선체 등을 해양 생물과 같은 이물질로부터 보호하기 위한 선박용 방오 도료는 여러 가지 형태로 발전되어 왔다. 특히, 선체가 바닷물에 잠기는 흘수선 아래 부분은 다양한 종류의 동물성 및 식물성 해양 생물이 부착하게 된다. 이러한 이물질의 부착은 운행 시 선체에 가해지는 저항 증가에 의해 연료 소모량 증가 및 항해 속도 저하의 요인이 된다. 이와 같은 문제점으로 인해, 선사, 엔진메이커, 조선소 및 도료 업계에서는 선박 등에 해양 생물의 부착을 억제하기 위한 계속적인 노력이 행해지고 있다. 또한, 최근 선박의 대형화 및 고속화 등으로 인해 연료 소모량이 기하급수적으로 증가하는 현실에서 이러한 문제의 해결에 대한 요구는 더욱 증가하고 있다.Antifouling paints for ships to protect ship hulls from foreign substances such as marine organisms have been developed in various forms. In particular, the part below the waterline where the hull is submerged in seawater will be attached to various kinds of animal and vegetable marine life. The adhesion of these foreign substances causes an increase in fuel consumption and a decrease in sailing speed due to an increase in resistance applied to the hull during operation. Due to these problems, shipping companies, engine manufacturers, shipyards, and paint industries are making continuous efforts to suppress the adhesion of marine organisms to ships and the like. In addition, in the reality that fuel consumption increases exponentially due to the recent increase in size and speed of ships, the demand for solving these problems is further increasing.

종래에는 상기 문제를 해결하기 위한 방오 도료로 주석 화합물을 첨가하는 형태가 가장 많이 사용되어 왔다. 이러한 방오 도료는 가격이 저렴하고, 취급이 용이하며, 방오 성능이 뛰어나다. 그러나, 주석 화합물은 환경 호르몬을 방출하는 해양 오염의 주된 요인으로 알려지면서, 그 사용이 제한되고 있다. 최근 새롭게 개발되고 있는 형태는 주석 화합물이 없는 대신 선박의 항해 시에 방오 도료 도막이 조금씩 마모되어 가는 원리를 이용하여 방오 성능을 발휘하는 자기 마모형 방오 도료이다. 상기 자기 마모형 방오 도료는 환경 호르몬을 방출하지는 않으나, 도막의 강도가 약해 보수 도장을 자주 해 주어야 하고, 도막 자체는 방오 성능이 떨어지기 때문에, 장기간 정박할 경우에는 해양 생물이 다량 부착하는 문제점이 있다.Conventionally, the form of adding a tin compound as an antifouling paint to solve the above problem has been used most. These antifouling paints are inexpensive, easy to handle, and have excellent antifouling performance. However, as tin compounds are known to be a major cause of marine pollution releasing environmental hormones, their use is limited. A form newly developed recently is a self-abrasion type antifouling paint that exhibits antifouling performance by using the principle that the antifouling paint film gradually wears out during the sailing of a ship instead of a tin compound. The self-abrasive antifouling paint does not emit environmental hormones, but the strength of the paint film is weak, so it must be frequently repaired and painted, and the paint film itself has poor antifouling performance. have.

은은 직간접적으로 항균 및 살균 효과를 발휘하는 물질이다. 직접적으로는, δ+이온이 세포막 파괴에 따른 세포의 사멸에 관여하는 바, δ+ 이온이 세포의 -SH, -COOH, -OH와 결합을 함을 통해 세포가 가진 기능을 차단하거나 세포막을 파괴함으로 항균 및 살균효과를 발휘한다. 또한 간접적으로는, 은으로부터 방출된 δ+ 이온이 산소에 대해 촉매 역할을 함으로써 공기중의 산소를 활성산소로 변화시키고 이 활성산소가 살균 및 항균효과를 발휘한다. 은의 이 특성을 활용하는 발명이 다수 개시되어 있는데, 대한민국 공개특허공보 제2010-0130307호는 액상 은나노를 함유한 무용제 에폭시 도료 조성물 즉 도료 내에 은나노 입자를 균일하게 분산시켜 항균 및 살균 기능을 향상시키고, 수도강관 및 식수탱크 내면에 스프레이 도장이 가능한 도료 및 그의 제조 방법을 개시한다. 상기 특허에서 개시하는 발명에 따른 무용제 에폭시 도료 조성물은 액상 은나노를 함유하기 때문에, 도료 내에서 균일하게 분산시킬 수 있다. 이로 인해 도장된 도료층에도 은나노가 균일하게 분포하기 때문에, 은나노에 의한 항균 및 살균 기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 액상 은나노에 함유된 5~10nm 크기의 은나노 입자는 최소억제농도(Minimal Inhibitory Concentration; MIC)가 10ppm으로 낮기 때문에, 소량을 사용하여 높은 항균 및 살균 효과를 기대할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 무용제 에폭시 도료 조성물은 증감제로 40~50℃에서 활성화가 되는 피마자유 유도체 흐름방지제를 사용함으로써, 도료의 점도를 낮추어 희석제 없이 스프레이 도장용 도료로 사용할 수 있다.Silver is a substance that directly or indirectly exerts antibacterial and sterilizing effects. Directly, as δ + ions are involved in cell death due to cell membrane destruction, δ + ions block cell functions or destroy cell membranes by binding to -SH, -COOH, and -OH of cells. It exhibits antibacterial and sterilizing effects. In addition, indirectly, δ + ions released from silver act as a catalyst for oxygen, thereby changing oxygen in the air into active oxygen, and the active oxygen exerts sterilization and antibacterial effects. A number of inventions utilizing this property of silver have been disclosed. Korean Patent Publication No. 2010-0130307 discloses a solvent-free epoxy paint composition containing liquid silver nanoparticles, that is, uniformly disperses silver nanoparticles in the paint to improve antibacterial and sterilization functions, Disclosed are a paint capable of spray painting on the inner surface of a water pipe and a drinking water tank, and a method for manufacturing the same. Since the solvent-free epoxy paint composition according to the invention disclosed in the above patent contains liquid silver nanoparticles, it can be uniformly dispersed in the paint. As a result, since the silver nanoparticles are uniformly distributed even in the coated paint layer, the antibacterial and sterilization functions of the silver nanoparticles can be further improved. Silver nanoparticles with a size of 5 to 10 nm contained in liquid silver nanoparticles have a minimum inhibitory concentration (MIC) as low as 10 ppm, so a high antibacterial and sterilization effect can be expected by using a small amount. And the solvent-free epoxy paint composition according to the present invention can be used as a paint for spray painting without a diluent by lowering the viscosity of the paint by using a castor oil derivative flow inhibitor that is activated at 40 to 50° C. as a sensitizer.

그러나 최근 은나노 물질의 유해성에 관한 연구결과들이 많이 나오면서 상기 대한민국 공개특허공보 제2010-0130307호의 발명은 유해성의 문제점을 안게 되었다. 독성학 관련 학술지인 나노톡시콜로지(Nanotoxicology, Volume 10, 2016 - Issue 5)는 항균력 때문에 일상 곳곳에 쓰이고 있는 ‘은 나노입자’가 일정량을 넘어설 경우 수중 생태계를 위협할 수 있으며 은 나노입자의 만성적 노출에서 수생태계 생물을 보호하려면 은 나노입자 농도가 1L당 0.614㎍보다 적게 있어야 한다는 결과를 얻었다고 개시한다. 본 논문에서는 조류, 유글레나류, 갑각류, 어류 등 수상생물 6종에 은 나노입자의 만성독성을 평가하는 실험을 진행하여, 성장과 발달에 문제가 생기지 않는지, 수상생물인 만큼 물에서의 활동(유영)에는 지장이 없는지, 생식에는 이상이 없는지를 평가하였다. 그 결과, 6종 모두 은 나노물질로 인한 독성으로 영향을 받는 것으로 관찰하였다고 개시한다. 이 결과를 토대로 연구팀이 ‘고 신뢰성 환경지침값 산출 방법론’을 적용해 분석한 결과, 은 나노물질에 만성노출될 경우 수생생물종 95%를 보호할 수 있는 농도는 1L에 0.614㎍라는 수치가 나왔다.However, as a lot of research results on the harmfulness of silver nanomaterials have recently come out, the invention of Korean Patent Application Laid-Open No. 2010-0130307 has a problem of harmfulness. According to Nanotoxicology (Volume 10, 2016 - Issue 5), a toxicology-related journal, due to its antibacterial properties, if the amount of 'silver nanoparticles' used in daily life exceeds a certain amount, it can threaten the aquatic ecosystem, and the chronic It discloses that the results have been obtained that the concentration of silver nanoparticles should be less than 0.614 μg/L to protect aquatic organisms from exposure. In this paper, an experiment was conducted to evaluate the chronic toxicity of silver nanoparticles on 6 aquatic organisms such as algae, euglena, crustaceans, and fish, and whether there is any problem in growth and development, and activity in water (swimming) ) was evaluated to see if there was any problem with reproduction or not. As a result, it is disclosed that all six species were observed to be affected by the toxicity due to the silver nanomaterial. Based on these results, the research team applied the 'High Reliability Environmental Guideline Value Calculation Methodology' and analyzed. As a result, the concentration that can protect 95% of aquatic species in case of chronic exposure to silver nanomaterials is 0.614 μg per 1L. .

따라서, 은 입자 특히 은 나노물질이 해양으로 유출되지 않으면서 방오기능을 하는 선박용 도료의 개발이 강력히 요구되고 있다.Therefore, there is a strong demand for the development of a paint for ships that has an antifouling function while silver particles, particularly silver nanomaterials, do not leak into the ocean.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 은 나노입자의 유출이 없는 방오도료 즉 구상형 메조세공 실리카의 세공 내부에 분산 함유되어 외부 유출이 없는 구조체를 포함하는 방오도료 조성물을 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide an antifouling paint composition that does not leak silver nanoparticles, that is, an antifouling paint composition that includes a structure that is dispersed inside the pores of spherical mesoporous silica and does not leak externally.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 은 나노방오도료는Silver nano antifouling paint according to the present invention for achieving the above technical problem

수지의 기재에 방오제, 용제, 안료 및 첨가제를 혼합하여 생성하는 방오도료로서, 상기 방오제는 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)로 형성되는 것을 특징으로 한다.An antifouling paint produced by mixing an antifouling agent, a solvent, a pigment and an additive in a resin substrate, the antifouling agent is characterized in that it is formed of spherical mesoporous silica 100 containing silver nanoparticles dispersed therein.

바람직하게는, 상기 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)는, 실리카 입자; 상기 실리카 입자의 표면 및 내부에 형성된 복수의 기공; 및 상기 기공의 내부에 분산 함유되어 있는 은 나노입자(200)로 구성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the spherical mesoporous silica 100 in which the silver nanoparticles are dispersed may include silica particles; a plurality of pores formed on the surface and inside of the silica particles; and silver nanoparticles (200) dispersed and contained within the pores.

더욱 바람직하게는, 상기 실리카 입자의 지름은 100-500nm이고, 상기 기공의 지름은 1-2nm이고, 상기 은 나노입자(200)의 지름은 2-5nm인 것을 특징으로 한다.More preferably, the diameter of the silica particles is 100-500 nm, the diameter of the pores is 1-2 nm, and the diameter of the silver nanoparticles 200 is 2-5 nm.

더욱 바람직하게는, 상기 실리카 입자는,More preferably, the silica particles,

테트라에톡시오르소실리케이트(TEOS), 테트라메톡시오르소실리케이트(TMOS), 테트라프록톡시오르소실리케이트(TPOS), 테트라부톡시오르소실리케이트(TBOS), 테트라톡시오르로실리케이트(TPEOS), 테트라(메틸에틸케토옥시모)실란, 비닐옥시모실란(VOS), 페닐트리스(부타논옥심)실란(POS) 및 메칠옥시모실란(MOS) 중 적어도 하나를 전구체로 하는 것을 특징으로 한다.Tetraethoxyorthosilicate (TEOS), Tetramethoxyorthosilicate (TMOS), Tetraprocoxyorthosilicate (TPOS), Tetrabutoxyorthosilicate (TBOS), Tetratoxyorrosilicate (TPEOS), Tetra It is characterized in that at least one of (methylethylketooxymo)silane, vinyloxymosilane (VOS), phenyltris(butanoneoxime)silane (POS) and methyloxymosilane (MOS) is used as a precursor.

바람직하게는, 상기 수지는 페놀 수지, 알키드 수지, 실리콘 알키드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 에스테르 수지, 염화고무 수지, 염화비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 아크릴 수지 및 불소 수지 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the resin is at least one of a phenol resin, an alkyd resin, a silicone alkyd resin, a silicone resin, an epoxy ester resin, a chlorinated rubber resin, a vinyl chloride resin, an epoxy resin, a polyurethane resin, a silicone acrylic resin, and a fluorine resin. characterized in that

바람직하게는, 상기 용제는 자일렌(Xylene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), n-부틸 아세테이트, 톨루엔, 아세톤, MEK, Butyl Cellosolve 2-Butoxyethanol 및 Ethyl Cellosolve 2-Ethoxyethanol 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the solvent is characterized in that at least one of xylene, ethylbenzene, n-butyl acetate, toluene, acetone, MEK, Butyl Cellosolve 2-Butoxyethanol and Ethyl Cellosolve 2-Ethoxyethanol is used. do.

바람직하게는, 상기 안료는 무기안료 또는 유기안료인 것을 특징으로 한다.Preferably, the pigment is an inorganic pigment or an organic pigment.

더욱 바람직하게는, 상기 무기안료는 산화제이철(Ferric oxide red), 산화아연(zinc oxide) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the inorganic pigment comprises ferric oxide red, zinc oxide, or a mixture thereof.

바람직하게는, 상기 수지는 20 내지 30중량부, 상기 용제는 25 내지 40중량부, 상기 안료는 10 내지 30중량부, 상기 첨가제는 1 내지 5중량부 그리고 상기 방오제는 10 내지 30중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.Preferably, 20 to 30 parts by weight of the resin, 25 to 40 parts by weight of the solvent, 10 to 30 parts by weight of the pigment, 1 to 5 parts by weight of the additive, and 10 to 30 parts by weight of the antifouling agent are mixed. characterized in that

본 발명에 따른 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)를 포함하는 방오도료 조성물은 선박 등의 도료 도포표면에 바오오필름층 생성 방지 및 소멸을 달성하여 도료 도포표면의 오염을 방지하는 탁월한 효과가 있으며, 은 나노입자(200)의 직접 유출이 없어 해양 오염을 막는 효과가 있다.The antifouling paint composition comprising the spherical mesoporous silica 100 containing silver nanoparticles dispersed in accordance with the present invention prevents and eliminates the formation of a Bao film layer on the paint application surface of a ship, etc., thereby preventing contamination of the paint application surface. There is an excellent effect of preventing, and there is no direct leakage of the silver nanoparticles 200, thereby preventing marine pollution.

도 1은 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카의 단면을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a cross-section of spherical mesoporous silica containing silver nanoparticles dispersed therein.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.Additional objects, features and advantages of the present invention may be more clearly understood from the following detailed description and accompanying drawings.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the present invention can make various changes and can have various embodiments, and the examples described below and shown in the drawings are not intended to limit the present invention to specific embodiments. No, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is referred to as being “connected” or “connected” to another element, it is understood that it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit", "...unit", "...module", etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which includes hardware or software or hardware and It can be implemented by a combination of software.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)를 포함하는 방오도료 조성물은 수지의 기재에 방오제, 용제, 안료 및 첨가제를 혼합하여 생성하는 방오도료로서,The antifouling paint composition comprising the spherical mesoporous silica 100 containing silver nanoparticles dispersed in accordance with the present invention for achieving the above technical problem is produced by mixing an antifouling agent, a solvent, a pigment and an additive in a resin substrate As an antifouling paint,

상기 방오제는 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)로 형성되는 것을 특징으로 한다.The antifouling agent is characterized in that it is formed of spherical mesoporous silica 100 containing silver nanoparticles dispersed therein.

도료는 수지, 안료, 용제 및 첨가제로 구성되는 것이 일반적이다. 여기에 방오도료의 경우 방오제가 추가된다. 본 발명에서는 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)로 형성되는 방오제를 포함하는 것이 특징이다.Paints are generally composed of resins, pigments, solvents and additives. In the case of antifouling paint, an antifouling agent is added here. In the present invention, it is characterized in that it contains an antifouling agent formed of spherical mesoporous silica 100 in which silver nanoparticles are dispersed.

은(Silver, Ag)은 항균 및 살균 효과가 있다고 널리 알려져 있다.Silver (Ag) is widely known to have antibacterial and bactericidal effects.

은의 직접적 항균 및 살균 효과를 보면 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 은은 이온형태(Ag+)로 세포막을 파괴함으로써 세포의 사멸에 직접 관여할 수 있다. 또한 은이온은 세포의 -SH, -COOH, -OH와 결합을 하여 세포가 가진 기능을 차단하거나 세포막을 파괴하고, 결국 이는 항균 및 살균효과로 나타나게 된다.The direct antibacterial and bactericidal effects of silver can be divided into two categories. Silver can be directly involved in cell death by destroying the cell membrane in the ionic form (Ag+). In addition, silver ions combine with -SH, -COOH, and -OH of cells to block cell functions or destroy cell membranes, which eventually results in antibacterial and sterilizing effects.

은은 간접적으로 항균 및 살균 효과를 발하기도 한다. 과포화산소의 방출을 통해 촉매역할을 하는 것이다. 구체적으로는 방출된 은이온이 산소와 촉매 역할을 함으로써 공기중의 산소를 활성산소로 변화시키고 이 활성산소가 살균 및 항균효과를 발휘하는 메커니즘이다.Silver also has an indirect antibacterial and bactericidal effect. It acts as a catalyst through the release of supersaturated oxygen. Specifically, it is a mechanism by which the released silver ions act as oxygen and catalyst to change oxygen in the air into active oxygen, and this active oxygen exerts sterilization and antibacterial effects.

은나노 물질의 유출이 없이 항균 및 살균 효과를 발휘하는 것이 본 발명의 특징이므로 물리적 탈착 시험을 통해 은나노 물질의 유출여부를 확인하는 것이 필수적이다. 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카를 시료로 하여 초음파 1시간 및 원심분리 1시간 가동 후에 측정한 결과 유출된 은나노 물질이 전혀 발견되지 않았다.Since it is a feature of the present invention to exhibit an antibacterial and sterilizing effect without leakage of the silver nano material, it is essential to check whether the silver nano material is leaked through a physical desorption test. As a result of measuring spherical mesoporous silica containing nanoparticles dispersed in the sample after 1 hour of ultrasonication and 1 hour of centrifugation, no leaked silver nanomaterials were found.

또한 비등 탈착 시험을 실행하여, 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카 시료를 95도에서 1시간 끓인 후에도 은나노 물질이 검출되지 않았다.In addition, by performing a boiling desorption test, silver nanomaterials were not detected even after boiling a spherical mesoporous silica sample containing nanoparticles dispersedly at 95°C for 1 hour.

나노기술인 SNT+AgNP 포접화기술을 접목하여 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)를 제조하였다.By grafting nanotechnology, SNT+AgNP inclusion technology, spherical mesoporous silica 100 containing silver nanoparticles dispersed was prepared.

상기 메조세공 실리카로부터는 유기화합물, 무기화합물 또는 나노입자의 외부 유출이 전혀 없다. 수분 내의 용존산소의 전환에 의해 순수한 슈퍼옥사이드음이온이 발생되고 이로 인해 내성박테리아균이 생성되지 않으면서 항박테리아, 항바이러스기능을 발현시키는 특징이 있다.There is no outflow of organic compounds, inorganic compounds or nanoparticles from the mesoporous silica. Pure superoxide anion is generated by the conversion of dissolved oxygen in water, and this has the characteristic of expressing antibacterial and antiviral functions without generating resistant bacteria.

은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)의 제조 과정은 다음과 같다.The manufacturing process of the spherical mesoporous silica 100 in which silver nanoparticles are dispersed is as follows.

나노구조체 합성에 이용되는 주형(유기주형체)이 제거되면서*?* 주형이 차지하는 공간에*?*2nm 지름의 나노세공이 만들어진다. 실리카는 넓은 비표면적(surface area)을 가지게 되고 나노세공을 통하여 유체(물과 공기)의 흐름이 가능해지면서 구조체 내부로의 유체 이동이 용이해진다. 세공 내에 포접화(encapsulation)된 은나노입자에 의한 간접살균효과(산소분자가 은나노 표면과 촉매반응을 하여 세균에 대한 강한 살균력을 가지는 과포화산소로 되어 발휘되는 효과)을 최적으로 발휘하는 상태가 가능해졌다.As the template (organic template) used for nanostructure synthesis is removed, *?* nanopores with a diameter of 2 nm are created in the space occupied by the *?* template. Silica has a large specific surface area and allows the flow of fluids (water and air) through the nanopores, thereby facilitating the movement of fluids into the structure. A state in which the indirect sterilization effect (the effect of oxygen molecules catalyzing with the silver nano surface to become supersaturated oxygen with strong sterilizing power against bacteria) is optimally achieved by the silver nanoparticles encapsulated in the pores. .

본 발명에서 조성물의 일부로서 포함하는 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)는 대한민국 등록특허 제1133007호(은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카의 제조방법)에 따른 생산물이다. 따라서 청구항 제2항 내지 제12항에 기술한 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)와 관련된 내용은 상기 대한민국 등록특허 제1133007호 등록특허공보에 상세히 기술되어 있다.The spherical mesoporous silica 100 containing silver nanoparticles dispersedly contained as part of the composition in the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent No. 1333007 (Method for producing spherical mesoporous silica containing silver nanoparticles dispersed). is a product Accordingly, the contents related to the spherical mesoporous silica 100 in which the silver nanoparticles are dispersedly contained in the claims 2 to 12 are described in detail in the Korean Patent Registration No. 1133007.

나노입자(nano particles)가 노출된 상태가 아니라 은나노입자가 포접화된 마이크로입자 크기의 나노구조체(나노효과를 발휘하는 나노구조를 가지면서*?* 입자의 크기는 마이크로사이즈인 구조체) 내지 나노구조물질(nano*?*structured materials)이므로 나노입자가 가지는 인체유해성의 문제를 해결할 수 있다.Nanostructures (structures in which the size of particles are micro-sized while having a nanostructure that exerts a nano effect*? Because it is a material (nano*?*structured materials), it is possible to solve the problem of harm to the human body of nanoparticles.

나노입자는 1~100nm 크기의 입자이며, 나노구조물질은 1-100nm 크기의 나노구조를 가지고 있는*?* 물질이다.Nanoparticles are particles with a size of 1 to 100 nm, and a nanostructure material is a *?* material having a nanostructure with a size of 1-100 nm.

바람직하게는, 상기 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)는, 실리카 입자; 상기 실리카 입자의 표면 및 내부에 형성된 복수의 기공; 및 상기 기공의 내부에 분산 함유되어 있는 은 나노입자(200)로 구성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the spherical mesoporous silica 100 in which the silver nanoparticles are dispersed may include silica particles; a plurality of pores formed on the surface and inside of the silica particles; and silver nanoparticles (200) dispersed and contained within the pores.

도 3은 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카(100)의 단면을 나타내고 있으며, 일반 산소가 실리카의 세공에 있는 은촉매를 거쳐서 과포화산소로 전환되는 루트를 보여주고 있다.3 shows a cross section of the spherical mesoporous silica 100 containing silver nanoparticles dispersedly, and shows a route in which normal oxygen is converted into supersaturated oxygen through a silver catalyst in the pores of the silica.

Bottoms-up 공법으로 제조된 은나노입자는 포접화(encapsulation)되어 있어 물리적 탈리(leaching out)의 위험이 없어 은나노입자의 유해성을 해결하고 있다.Since the silver nanoparticles manufactured by the bottoms-up method are encapsulated, there is no risk of physical leaching out, thus solving the harmful effects of silver nanoparticles.

항균작용의 주체가 은이온(Ag+)이나 은나노입자(Ag0) 자체가 아닌 은나노 금속입자(Ag0)의 촉매작용(catalysis)에 의해 생성된 과포화산소이므로, 은이온 용리 현상을 차단하여 항균지속성을 확보함과 아울러 미국 EPA(살충제, 쥐약법)에서 제기한 은이온 유출로 인한 환경오염 문제로부터 자유로울 수 있게 되었다.Since the main agent of the antibacterial action is supersaturated oxygen generated by the catalysis of silver nano-metal particles (Ag 0 ), not silver ions (Ag + ) or silver nanoparticles (Ag 0 ) itself, it blocks the elution of silver ions In addition to securing sustainability, it became possible to be free from environmental pollution problems caused by silver ion leakage raised by the US EPA (Insecticide and Rodenticide Act).

인체에 유해한 염소계, 페놀계 항균성분이 전혀 없는 순수 천연광물성분(SiO2, Ag0) 항균제이므로 내성박테리아(슈퍼박테리아)등과 같은 문제를 해결할 수 있게 되었다. Since it is a pure natural mineral component (SiO 2 , Ag 0 ) antibacterial agent that does not contain chlorine-based and phenol-based antibacterial components harmful to the human body, it is possible to solve problems such as resistant bacteria (super bacteria).

도료의 물성을 증진시키기 위하여 소포제, 건조제, 산화방지제, 분산제, 침전 방지제 기타 여러 가지 첨가제가 사용된다. 첨가제는 도료의 여러 가지 물성을 개량해 주는 없어서는 안될 요소들이다.Antifoaming agents, desiccants, antioxidants, dispersants, precipitation inhibitors and other various additives are used to improve the physical properties of the paint. Additives are indispensable elements that improve various properties of paints.

더욱 바람직하게는, 상기 실리카 입자의 지름은 100-500nm이고, 상기 기공의 지름은 1-2nm이고, 상기 은 나노입자(200)의 지름은 2-5nm인 것을 특징으로 한다. 상기한 바대로 방오 기능을 하는 실리카 입자는 나노입자(nano particles)가 노출된 상태가 아니라 은나노입자가 포접화된 마이크로입자 크기의 나노구조체이므로 나노입자가 가지는 인체유해성의 문제를 해결할 수 있는데, 실리카 입자의 크기가 100nm 미만이면 여전히 미세 입자로서 유해성을 갖게 된다. 실리카 입자의 크기가 500nm를 초과하는 경우에는 도료 조성물 내에서 실리카 입자가 골고루 분산되어 존재하기 어려우며 내부의 기공에 은나노 입자가 침투되기 어려워 은나노 입자를 기공 내에 충분히 내포하기도 어려운 문제가 있다. 은나노 입자의 크기는 2 내지 5nm인데 은나노 입자가 안정적으로 실리카 입자의 기공에 정착하도록 하기 위해서는 기공의 지름은 1 내지 2nm인 것이 바람직하다.More preferably, the diameter of the silica particles is 100-500 nm, the diameter of the pores is 1-2 nm, and the diameter of the silver nanoparticles 200 is 2-5 nm. As described above, the silica particles having an antifouling function are not in a state in which nanoparticles are exposed, but are microparticle-sized nanostructures in which silver nanoparticles are included, so it is possible to solve the problem of harmfulness to the human body of nanoparticles, silica If the particle size is less than 100 nm, it still has harmful effects as fine particles. When the size of the silica particles exceeds 500 nm, it is difficult for the silica particles to be uniformly dispersed in the coating composition, and it is difficult to penetrate the silver nanoparticles into the pores of the interior, so that it is difficult to sufficiently enclose the silver nanoparticles in the pores. The size of the silver nanoparticles is 2 to 5 nm. In order for the silver nanoparticles to stably settle in the pores of the silica particles, the diameter of the pores is preferably 1 to 2 nm.

더욱 바람직하게는, 상기 실리카 입자는,More preferably, the silica particles,

테트라에톡시오르소실리케이트(TEOS), 테트라메톡시오르소실리케이트(TMOS), 테트라프록톡시오르소실리케이트(TPOS), 테트라부톡시오르소실리케이트(TBOS), 테트라톡시오르로실리케이트(TPEOS), 테트라(메틸에틸케토옥시모)실란, 비닐옥시모실란(VOS), 페닐트리스(부타논옥심)실란(POS) 및 메칠옥시모실란(MOS) 중 적어도 하나를 전구체로 하는 것을 특징으로 한다.Tetraethoxyorthosilicate (TEOS), Tetramethoxyorthosilicate (TMOS), Tetraprocoxyorthosilicate (TPOS), Tetrabutoxyorthosilicate (TBOS), Tetratoxyorrosilicate (TPEOS), Tetra It is characterized in that at least one of (methylethylketooxymo)silane, vinyloxymosilane (VOS), phenyltris(butanoneoxime)silane (POS) and methyloxymosilane (MOS) is used as a precursor.

바람직하게는, 상기 수지는 페놀 수지, 알키드 수지, 실리콘 알키드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 에스테르 수지, 염화고무 수지, 염화비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 아크릴 수지 및 불소 수지 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the resin is at least one of a phenol resin, an alkyd resin, a silicone alkyd resin, a silicone resin, an epoxy ester resin, a chlorinated rubber resin, a vinyl chloride resin, an epoxy resin, a polyurethane resin, a silicone acrylic resin, and a fluorine resin. characterized in that

도료용으로 사용되는 각종의 수지는 본 발명의 방오도료용으로도 모두 적용 가능하다. 각 조성물 배합 시 수지성분은 사용되는 용제에 완전히 용해시켜야 한다. 불완전 용해 시에는 도막의 불균일을 초래하여 도막 품질에 있어 문제를 발생시킨다.Various resins used for paint are also applicable to the antifouling paint of the present invention. When mixing each composition, the resin component must be completely dissolved in the solvent used. Incomplete dissolution causes non-uniformity of the coating film, which causes a problem in the coating film quality.

바람직하게는, 상기 용제는 자일렌(Xylene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), n-부틸 아세테이트, 톨루엔, 아세톤, MEK, Butyl Cellosolve 2-Butoxyethanol 및 Ethyl Cellosolve 2-Ethoxyethanol 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the solvent is characterized in that at least one of xylene, ethylbenzene, n-butyl acetate, toluene, acetone, MEK, Butyl Cellosolve 2-Butoxyethanol and Ethyl Cellosolve 2-Ethoxyethanol is used. do.

바람직하게는, 상기 안료는 무기안료 또는 유기안료인 것을 특징으로 한다.Preferably, the pigment is an inorganic pigment or an organic pigment.

방오도료의 조성물로 사용되는 안료의 기능은 착색과 도막의 내구성 및 살오름성 확보이다. 이를 위해 각종의 무기안료와 유기안료가 널리 사용되고 혼합하여 사용되기도 한다.The function of the pigment used in the composition of the antifouling paint is to secure the coloration and durability of the coating film and the oiliness. For this purpose, various inorganic and organic pigments are widely used and sometimes mixed.

더욱 바람직하게는, 상기 무기안료는 산화제이철(Ferric oxide red), 산화아연(zinc oxide) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the inorganic pigment comprises ferric oxide red, zinc oxide, or a mixture thereof.

적색 방오도료의 구현을 위해 산화제이철(Ferric oxide red)을 포함하고, 도막의 내구성 확보를 위해 산화아연(zinc oxide)을 포함하는 두 무기안료의 혼합물을 병용하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.It is more preferable to use a mixture of two inorganic pigments including ferric oxide red to implement a red antifouling paint and zinc oxide to secure the durability of the coating film.

바람직하게는, 상기 수지는 20 내지 30중량부, 상기 용제는 25 내지 40중량부, 상기 안료는 10 내지 30중량부, 상기 첨가제는 1 내지 5중량부 그리고 상기 방오제는 10 내지 30중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.Preferably, 20 to 30 parts by weight of the resin, 25 to 40 parts by weight of the solvent, 10 to 30 parts by weight of the pigment, 1 to 5 parts by weight of the additive, and 10 to 30 parts by weight of the antifouling agent are mixed. characterized in that

수지가 30중량부를 초과하는 경우에는 흐름성이 좋지 않아서 도포가 용이하지 않으며 20중량부 미만인 경우에는 도포 후에 표면에서 흘러내리게 되어 도포면의 균일성 및 도막의 내구성을 저해하게 된다. 상기 수지를 본 출원의 방오도료 조성물로 사용할 경우, 피도장물에서 하도 도막과의 부착성과 아울러 내구성까지 모두 조화시키기 위해 상기 함량을 사용하는 것이 바람직하다. 용제가 40중량부를 초과하는 경우에는 도료의 안티 새깅(Anti-sagging)이 저하되며 도장 결함을 초래할 수 있고, 도포 후에 표면에서 흘러내리는 문제가 발생하고 휘발성 물질의 과다 사용으로 인해 환경오염을 가속화하는 문제가 발생한다. 반면에 용제의 함량이 25 중량부 미만이면 도료의 점도가 높아서 도장 작업성을 확보하기 어렵다. 안료가 30중량부를 초과하는 경우에는 도막의 강도를 저해하고, 10중량부 미만인 경우에는 도료면의 색상을 제대로 표현하지 못하여 불균일한 색상면을 유발하는 문제가 있다. 첨가제는 5중량부를 초과 시 도막의 강도를 떨어뜨리고, 1중량부 미만이면 첨가제의 제기능을 발휘하지 못하는 문제가 있다. 방오제는 30중량부를 초과하는 경우에는 비용 증가의 문제와 아울러 더 이상의 방오효과도 기대할 수 없으며, 10중량부 미만의 경우에는 방오효과가 미미한 문제가 있다.If the resin exceeds 30 parts by weight, it is not easy to apply due to poor flowability, and if it is less than 20 parts by weight, it flows down from the surface after application, thereby impairing the uniformity of the coated surface and the durability of the coating film. When the resin is used as the antifouling paint composition of the present application, it is preferable to use the above content in order to harmonize both durability and adhesion to the undercoat in the object to be coated. If the solvent exceeds 40 parts by weight, the anti-sagging of the paint is lowered, which can cause paint defects, cause a problem of dripping from the surface after application, and accelerate environmental pollution due to excessive use of volatile substances. A problem arises. On the other hand, if the content of the solvent is less than 25 parts by weight, the viscosity of the paint is high, so that it is difficult to secure coating workability. When the amount of the pigment exceeds 30 parts by weight, the strength of the coating film is impaired, and when it is less than 10 parts by weight, the color of the paint surface cannot be properly expressed, thereby causing a non-uniform color surface. When the additive exceeds 5 parts by weight, the strength of the coating film is lowered, and when it is less than 1 part by weight, there is a problem in that the additive cannot perform its functions. When the antifouling agent exceeds 30 parts by weight, in addition to the problem of cost increase, no more antifouling effect can be expected, and in the case of less than 10 parts by weight, the antifouling effect is insignificant.

100 : 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카
200 : 은 나노입자
100: spherical mesoporous silica containing silver nanoparticles dispersed
200: silver nanoparticles

Claims (9)

지의 기재에 방오제, 용제, 안료 및 첨가제를 혼합하여 생성하는 방오도료로서,
상기 방오제는 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카로 형성되는 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
As an antifouling paint produced by mixing an antifouling agent, a solvent, a pigment and an additive with a base material,
The antifouling agent is silver nano antifouling paint, characterized in that it is formed of spherical mesoporous silica containing silver nanoparticles dispersed therein.
제1항에 있어서,
상기 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카는,
실리카 입자;
상기 실리카 입자의 표면 및 내부에 형성된 복수의 기공; 및
상기 기공의 내부에 분산 함유되어 있는 은 나노입자로 구성된 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
According to claim 1,
The spherical mesoporous silica in which the silver nanoparticles are dispersed,
silica particles;
a plurality of pores formed on the surface and inside of the silica particles; and
Silver nano antifouling paint, characterized in that it is composed of silver nanoparticles dispersed inside the pores.
제2항에 있어서,
상기 실리카 입자의 지름은 100-500nm이고,
상기 기공의 지름은 1-2nm이고,
상기 은 나노입자의 지름은 2-5nm인 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
3. The method of claim 2,
The diameter of the silica particles is 100-500 nm,
The diameter of the pores is 1-2 nm,
The silver nano-antifouling paint, characterized in that the diameter of the silver nanoparticles is 2-5 nm.
제2항에 있어서,
상기 실리카 입자는,
테트라에톡시오르소실리케이트(TEOS), 테트라메톡시오르소실리케이트(TMOS), 테트라프록톡시오르소실리케이트(TPOS), 테트라부톡시오르소실리케이트(TBOS), 테트라톡시오르로실리케이트(TPEOS), 테트라(메틸에틸케토옥시모)실란, 비닐옥시모실란(VOS), 페닐트리스(부타논옥심)실란(POS) 및 메칠옥시모실란(MOS) 중 적어도 하나를 전구체로 하는 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
3. The method of claim 2,
The silica particles are
Tetraethoxyorthosilicate (TEOS), Tetramethoxyorthosilicate (TMOS), Tetraprocoxyorthosilicate (TPOS), Tetrabutoxyorthosilicate (TBOS), Tetratoxyorrosilicate (TPEOS), Tetra A silver nano antifouling paint comprising at least one of (methylethylketooxymo)silane, vinyloxymosilane (VOS), phenyltris(butanoneoxime)silane (POS) and methyloxymosilane (MOS) as a precursor.
제1항에 있어서,
상기 수지는 페놀 수지, 알키드 수지, 실리콘 알키드 수지, 실리콘 수지, 에폭시 에스테르 수지, 염화고무 수지, 염화비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 아크릴 수지 및 불소 수지 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
According to claim 1,
The resin is characterized in that at least one of a phenol resin, an alkyd resin, a silicone alkyd resin, a silicone resin, an epoxy ester resin, a chlorinated rubber resin, a vinyl chloride resin, an epoxy resin, a polyurethane resin, a silicone acrylic resin, and a fluorine resin is used. silver nano antifouling paint.
제1항에 있어서,
상기 용제는 자일렌(Xylene), 에틸벤젠(Ethylbenzene), n-부틸 아세테이트, 톨루엔, 아세톤, MEK, Butyl Cellosolve 2-Butoxyethanol 및 Ethyl Cellosolve 2-Ethoxyethanol 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
According to claim 1,
The solvent is a silver nano antifouling paint, characterized in that at least one of xylene, ethylbenzene, n-butyl acetate, toluene, acetone, MEK, Butyl Cellosolve 2-Butoxyethanol and Ethyl Cellosolve 2-Ethoxyethanol is used. .
제1항에 있어서,
상기 안료는 무기안료 또는 유기안료인 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
According to claim 1,
The silver nano antifouling paint, characterized in that the pigment is an inorganic pigment or an organic pigment.
제7항에 있어서,
상기 무기안료는 산화제이철(Ferric oxide red), 산화아연(zinc oxide) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
8. The method of claim 7,
The inorganic pigment is silver nano antifouling paint, characterized in that it comprises ferric oxide red, zinc oxide, or a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 수지는 20 내지 30중량부, 상기 용제는 25 내지 40중량부, 상기 안료는 10 내지 30중량부, 상기 첨가제는 1 내지 5중량부 그리고 상기 방오제는 10 내지 30중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 은나노 방오도료.
According to claim 1,
20 to 30 parts by weight of the resin, 25 to 40 parts by weight of the solvent, 10 to 30 parts by weight of the pigment, 1 to 5 parts by weight of the additive, and 10 to 30 parts by weight of the antifouling agent are mixed silver nano antifouling paint.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117820906A (en) * 2024-03-06 2024-04-05 成都彩星化工有限公司 Ship waterline super-antifouling paint and preparation method thereof

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