KR20220101582A - 항균 유약 조성물, 이를 포함하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기 - Google Patents
항균 유약 조성물, 이를 포함하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 항균 유약 조성물, 이를 포함하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 도자기가 균 또는 바이러스에 대하여 짧은 시간내에 살균성능을 가지도록 도자기 표면처리에 이용되는 항균유약, 이를 제조하는 항균 유약 조성물, 이를 포함하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기에 관한 것이다.
본 발명은, 규석, 실리카, 알루미나, 장석, 석회석, 프리트(frit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1그룹과; 수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 제2그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물을 개시한다.
본 발명은, 규석, 실리카, 알루미나, 장석, 석회석, 프리트(frit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1그룹과; 수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 제2그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물을 개시한다.
Description
본 발명은, 항균 유약 조성물, 이를 포함하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 도자기가 균 또는 바이러스에 대하여 짧은 시간 내에 살균성능을 가지도록 도자기 표면처리에 이용되는 항균 유약 조성물, 이를 포함하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기에 관한 것이다.
최근 코로나 바이러스로 항균/항바이러스에 대한 관심이 급증한 가운데, 코로나 바이러스는 세라믹 재질의 접시, 냄비, 머그잔 등의 주방용품, 소변기, 대변기, 세면대 등의 위생 도기, 건축 인테리어자재, 생활도자기, 세라믹 필터 등의 표면에서도 5일간 생존하는 것으로 알려져 일상생활에서 많이 사용되는 세라믹 제품에 대한 항균/항바이러스 필요성이 대두되고 있다.
종래에 구리(Cu)가 미량동 작용효과를 가져 미생물의 대사작용을 교란하여 죽이는 항균/항바이러스 효과를 가짐은 공지되어 있었으나, 도자기 표면에 구리를 단순 도포하는 경우, 도자기의 2차 소성, 즉 재벌 소성으로 인하여 세라믹표면이 유리화되므로 구리가 도자기 표면의 미생물, 세균, 바이러스를 살균하지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 도자기 유약재료에 환원소성으로 만들어진 구리를 포함하는 경우에 항균/항바이러스 효과가 있을 수 있으나, 열원가스와 비활성가스를 사용해야 하므로 공정이 복잡하고, 공정시간이 긴 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자, 세라믹 표면에 미생물, 세균, 바이러스를 효과적으로 제거하는 표면구조를 형성하기 위하여 수산화알루미늄과 수산화구리를 포함하는 항균 유약 조성물, 이를 제조하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기를 개시한다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 규석, 실리카, 알루미나, 장석, 석회석, 프리트(frit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1그룹과; 수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 제2그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물을 개시한다.
상기 제2그룹은, 상기 제1그룹에 대하여 0.1wt% 내지 10wt%의 중량을 가질 수 있다.
상기 수산화알루미늄은 보헤마이트(Boehmite)일 수 있다.
상기 보헤마이트는 감마 보헤마이트(γ-Boehmite)일 수 있다.
상기 수산화알루미늄에 대한 상기 수산화구리의 중량비는 5~80%의 조성비를 가질 수 있다.
상기 항균 유약 조성물은 결정수분(H2O)을 포함하는 제3그룹을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 항균 유약 조성물을 제조하는 항균유약 제조방법으로서, 상기 항균유약 제조방법은, 상기 제1그룹, 상기 제2그룹을 혼합하는 혼합단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 도자소지를 성형하는 성형단계(S10)와; 상기 성형단계(S10) 후 성형된 도자소지를 소성하는 초벌 소성단계(S20)와; 초벌 소성된 상기 도자소지의 표면에 청구항 제5항의 항균 유약 조성물을 시유하고 건조하여 유약층을 형성하는 유약층 형성단계(S30)와; 유약층이 형성된 상기 도자소지를 소성하는 재벌 소성단계(S40)를 포함하는 항균도자기 제조방법을 개시한다.
상기 재벌 소성단계(S40)는, 유약층이 형성된 상기 도자소지를 산화소성 시킬 수 있다.
상기 유약층 형성 단계(S30)는, 상기 항균 유약 조성물이 구석을 이용한 볼밀 혼합이 수행될 수 있다.
상기 유약층 형성 단계(S30)는, 시유를 10초 이상 수행할 수 있다.
상기 재벌 소성단계(S40)는, 미리 설정된 최고가열온도까지 가열, 상기 최고온가열온도를 유지하면서 미리 설정된 시간동안 유지 후 자연냉각하여 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 항균도자기 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 항균 도자기를 개시한다.
상기 항균도자기는, 유리, 거울, 렌즈, 위생 도기, 건축 인테리어 자재, 생활도자기, 세라믹 필터, 타일, 식탁, 컵, 냄비 및 유골함 중 어느 하나의 재료로 사용될 수 있다.
본 발명은, 수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 제2그룹을 유약재료인 제1그룹 및 제3그룹에 혼합하여 항균유약을 제조함으로써 사람의 손이나, 공기 중의 미생물, 세균 및 바이러스가 세라믹 표면에서 살균될 수 있는 이점이 있다.
구체적으로 본 발명은, 수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 제2그룹을 유약재료인 제1그룹 및 제3그룹에 혼합한 유약을 이용하여 도자기를 제조하는 경우, 향균효과가 큰 것으로 알려진 구리가 도자기의 표면에 분포됨으로써, 향균효과를 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.
여기서 본 발명에 따른 유약에 의하여 제조된 도자기는, 산화구리가 아닌 환원된 구리가 표면에 분포됨으로써 향균효과가 극대화된 것으로 해석된다.
더 나아가 향균효과를 극대화하기 위해서는 표면이 미세하게 외측으로 돌출된 구조를 가져야 하는바, 기존 유약에 수산화알루미늄 및 수산화구리를 추가함으로써 최종 제조된 도자기의 표면이 향균효과를 극대화될 수 있는 구조로 형성되는 것으로 해석된다.
도 1a는, 종래의 유약으로 제조된 도자기 표면을 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 1b는, 본 발명에 따른 유약으로 제조된 도자기 표면을 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 2a은, 본 발명에 따른 유약으로 제조된 도자기 표면의 균 감소 효과를 보여주는 표이다.
도 2b는, 본 발명에 따른 유약을 사용하여 제조된 도자기 표면의 균 감소 효과를 보여주는 이미지이다.
도 3은, 본 발명에 따른 항균 유약 조성물을 이용한 항균 도자기 제조방법의 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 항균 유약 조성물을 이용한 항균 도자기 제조방법의 실시예들로서, 좌측사진은 구석을 이용한 볼밀 혼합을 수행하지 않은 샘플 사진이며, 우측사진은, 구석을 이용한 볼밀 혼합을 수행한 샘플 사진이다.
도 5a 및 도 5b는, 각각 본 발명에 따른 항균 유약 조성물을 이용한 항균 도자기 제조방법의 실시예들로서, 도 5a는, 1250도의 재벌 조건에서 수행된 샘플 사진이며, 도 5b는, 1260도의 재벌 조건에서 수행된 샘플 사진이다.
도 1b는, 본 발명에 따른 유약으로 제조된 도자기 표면을 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 2a은, 본 발명에 따른 유약으로 제조된 도자기 표면의 균 감소 효과를 보여주는 표이다.
도 2b는, 본 발명에 따른 유약을 사용하여 제조된 도자기 표면의 균 감소 효과를 보여주는 이미지이다.
도 3은, 본 발명에 따른 항균 유약 조성물을 이용한 항균 도자기 제조방법의 순서를 보여주는 흐름도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 항균 유약 조성물을 이용한 항균 도자기 제조방법의 실시예들로서, 좌측사진은 구석을 이용한 볼밀 혼합을 수행하지 않은 샘플 사진이며, 우측사진은, 구석을 이용한 볼밀 혼합을 수행한 샘플 사진이다.
도 5a 및 도 5b는, 각각 본 발명에 따른 항균 유약 조성물을 이용한 항균 도자기 제조방법의 실시예들로서, 도 5a는, 1250도의 재벌 조건에서 수행된 샘플 사진이며, 도 5b는, 1260도의 재벌 조건에서 수행된 샘플 사진이다.
이하 본 발명의 항균 유약 조성물, 이를 포함하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은, 수산화구리와 수산화알루미늄 소재가 첨가된 유약재료를 개시하여, 도자기 표면에 살균물질과 세균과 바이러스가 접촉할 수 있는 표면구조를 만들어, 도자기 표면에서 세균 및 바이러스가 제거됨을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, 규석, 실리카, 알루미나, 장석, 석회석, 프리트(frit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1그룹과; 수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 제2그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 유약 재료를 개시한다.
여기서 제1그룹은, 규석, 실리카, 알루미나, 장석, 석회석, 프리트(frit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 구성으로서, 유약의 주 원료로 온도, 소성 종류, 유약두께 등에 따라 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 제1그룹은 온도, 소성 종류, 유약두께 등에 따라 규석, 고령토, 장석, 석회석, 프리트, 탄산마그네슘, 카오린, 벤토나이트, 활석, 카오린, 질콘, 산화아연, 스포듀민, 월라스토나이트 등의 다양한 원료와 비율을 가질 수 있으며 이에 제한되지 않는다.
여기서 상기 알루미나(Al2O3)는 고령토로 구성될 수 있으며, 실리카(SiO2)는 프리트로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1그룹은 온도에 따라 다양한 원료 및 비율을 가질 수 있으며, 고온(ex. 1150℃~1250℃)의 경우, 고령토(20~25wt%), 장석(45~50wt%), 석회석(1~5wt%), 백운석(20~25wt%)으로 구성될 수 있고, 중저온(ex. 950℃~1150℃)에 사용되는 유약재료의 경우, 고령토(20~25wt%), 프리트(65~70wt%), 지당(1~5wt%), 주석(1~5wt%)으로 구성될 수 있으며, 저온(ex. 800℃~950℃)에 사용되는 유약재료의 경우, 규석(10~15wt%), 고령토(20~25wt%), 프리트(55~60wt%), 지당(5~10wt%)으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 제1그룹과 같이 종래의 유약원료로 제조되는 유약성분은 항균기능을 갖지 못하였으며, 이에 종래에는 미량 동효과를 가지는 구리를 도자기 표면에 도포함으로써 항균/항바이러스 효과를 가지는 도자기를 제조하려는 시도가 있었다.
그러나, 이와 같이 구리를 포함하는 유약을 사용하여 항균/항바이러스 성능을 가지는 도자기를 제조하기 위해서는, 도자기가 환원소성되어야만 항균/항바이러스 성능을 가질 수 있었으며, 이 과정에서. 열원가스와 비활성가스가 사용되어야만 했으므로, 공정이 복잡하고 생산비용이 높아지는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 유약 재료에 수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 제2그룹을 포함함으로써 도자재료를 환원소성이 아닌 산화소성하는 경우에도 항균/항바이러스를 가질 수 있는 도자기를 제조할 수 있도록 한다.
여기서 상기 제2그룹은 수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로, 본 발명은, 도자기와 같은 도자재료의 표면에 수산화알루미늄과 수산화구리를 포함하는 본 발명의 유약을 시유시킨 후, 유약이 시유된 도자재료를 산화소성시킴으로써 상기 도자재료의 표면에 균 또는 바이러스와 접촉이 가능한 표면구조를 생성하여 살균작용이 가능하게 할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 항균 유약 조성물은, 유약 조성물에 상기 제2그룹을 포함함으로써, 상기 제2그룹의 수산화알루미늄 및 수산화구리를 물리적으로 결합시킨 후 도자재료의 표면에서 산화소성되게 함으로써 일반적인 산화조건에서 만들어지는 구리의 비결정질 상태를 환원조건에서의 산화구리의 결정화 구조와 유사하게 형섬함으로써 도자기의 표면에 항균구조를 생성할 수 있게 한다.
이때, 수산화알루미늄은 보헤마이트(Boehmite)일 수 있으며, 특히 항균/항바이러스 효과를 최대화하기 위하여 고결정의 감마 보헤마이트(γ-Boehmite)임이 바람직하다.
상기 수산화알루미늄이 감마 보헤마이트(γ-Boehmite)인 경우, 감마 보헤마이트와 수산화구리는 아래와 같이 반응하게 되며 이하, 감마 보헤마이트와 수산화구리의 반응에 관하여 상세히 설명한다.
AlOOH + CU(OH)2 → Al2O3 + CuO2 + H2O 또는 AlOOH + CU(OH)2 → Al2O3 + Cu2O + H2O
먼저 AlOOH는, 실험에 따르면 가열에 의하여 결정구조가 변경되어 Al2O3로 변화하게 되며 이때 나머지 성분들은 H2O의 수증기로 외부로 빠져나간다.
특히 이러한 과정에서 Al2O3의 결정구조는 판상구조의 AlOOH에서 3차원 구조로 변화된다.
Cu(OH)2 또한 가열에 따라서 OH-OH간에서 기체 상태의 H2O가 빠져나가고 Cu2O의 결정 구조로 변화하게 된다.
이는 반응물 + 반응물 → 생성물 구조가 아니라, 반응물이 열에 의해서 결정구조가 바뀌는 것으로 해석된다.
특히 Al-O-OH와 Cu(OH)2 사이의 OH-OH가 H2O + O로 변하는 것이고 이것이 O(산소)로 서로 결합된다.
이를 구조적으로 설명하면 O=Al-OH + OH-CU-OH 사이에서 O=Al-O-CU-OH로 산소로 공유결합된다.
즉, AlOOH ⇒ Al2O3로 AlOOH, Cu(OH)2 결합면은 O=Al-O-Cu-OH [여기서 OH는 다시 Cu(OH)2와 변해서 Cu2O 또는 CuO2의 결정구조가 된다.]
즉, 소성과정을 통하여 AlOOH는 Al2O3로 결정이 변하고, Cu(OH)2는 Cu2O 또는 CuO2로 변할 수 있다.
정리하면, 위 소성과정은 반응물 + 반응물 = 합성물이 아닌, 결정이 변하는 과정이며, 변화과정에서 수분이 빠져나가 밀도가 높아져 무게가 증가하게 된다.
각각의 경우를 보면
2(AlOOH) ⇒ Al2O3 + H2O
2Cu(OH)2 ⇒ 2CuO + 2H2O
AlOOH와 Cu(OH)2 결합의 경우
AlOOH + Cu(OH)2 ⇒ AlCuO3H + H2O [AlCuO2 + OH +H2O]
[이 경우 Cu의 OH가 같이 존재하는 Cu(OH)2와 OH-OH 탈수 반응으로 결정화[CuO2가 계속 결정화]가 이루어진다.
AlCuO3H + Cu(OH)2 ⇒ AlCuO2 + CuO2 + H2O
AlCuO2 + 2CuO2 + 2H2O
AlCuO2 + 3CuO2 + 3H2O …. 계속 성장.
즉, 고결정 감마 보헤마이트와 수산화구리의 수산기(-OH)가 결정 수분(H2O)을 생성하게 되며, 결정 수분(H2O)은 유약층의 표면에서 기체상태로 빠져나가면서 미세기공, 크랙 및 공기버블이 생성하게 되므로 세라믹 재료의 표면에 미생물, 세균 및 바이러스에 유리한 접촉구조가 형성되어 항균/항바이러스 성능을 우수하게 할 수 있다.
이는, 도 1a 내지 도 1b를 통해 확인할 수 있으며, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1그룹만으로 구성된 유약조성물을 포함하여 유약층을 형성한 경우보다, 도 1b에 도시된 바와 같이 제2그룹이 1wt% 첨가된 항균 유약조성물을 포함하여 유약층을 형성한 경우 표면에 공기버블이 증가함을 확인할 수 있다.
한편, 상기 제2그룹은 상기 제1그룹과 온도, 구성원료 및 구성원료의 비율 등에 따라, 다양한 중량비로 혼합될 수 있으며, 예를 들어 상기 제1그룹에 대하여 0.1wt% 내지 10wt%의 중량을 가질 수 있다.
예를 들어, 고온(ex. 1150℃~1250℃)의 경우, 고령토(20~25wt%), 장석(45~50wt%), 석회석(1~5wt%), 백운석(20~25wt%)으로 구성된 제1그룹에 대하여 제2그룹(1wt%)로 구성될 수 있고, 중저온(ex. 950℃~1150℃)에 사용되는 유약재료의 경우, 고령토(20~25wt%), 프리트(65~70wt%), 지당(1~5wt%), 주석(1~5wt%)으로 구성된 제1그룹에 대하여 제2그룹(2wt%)으로 구성될 수 있으며, 저온(ex. 800℃~950℃)에 사용되는 유약재료의 경우, 규석(10~15wt%), 고령토(20~25wt%), 프리트(55~60wt%), 지당(5~10wt%)으로 구성된 제1그룹에 제2그룹(3wt%)로 구성될 수 있다.
특히, 감마 보헤마이트(γ-Boehmite)의 경우, 감마 보헤마이트(γ-Boehmite)와 수산화구리의 -OH그룹간의 결합을 통해 발생하는 결정수분(H2O)이 온도대에 따른 소성 프로파일에서 다르게 발생하므로, 도자재료의 표면에 미세한 크랙을 만듦으로써 보다 유리한 세균, 바이러스 접촉구조를 만들어 냄으로써 성능을 효과적으로 발휘하도록 할 수 있다.
이때, 상기 수산화알루미늄 및 상기 수산화구리는 다양한 조성비를 가질 수 있으며, 예로서 상기 수산화알루미늄에 대한 상기 수산화구리의 중량비는 30%의 조성비를 가질 수 있다.
한편, 상기 항균 유약 조성물에는 결정수분(H2O)을 포함하는 제3그룹이 혼합될 수 있다.
여기서 결정수분(H2O)을 포함하는 제3그룹은, 상기 제1그룹 및 상기 제2그룹의 원료 및 비율에 따라 다양한 양이 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 제1그룹 및 상기 제2그룹과 1:1~1.5 비율을 가지도록 첨가될 수 있다.
이때, 물의 첨가로 생성되는 항균 유약의 비중은 다양한 비중을 가질 수 있으며, 예를 들어 30~40으로 설정될 수 있다.
한편, 상술한 항균 유약 조성물은 상기 제1그룹, 상기 제2그룹을 혼합하는 혼합단계를 포함하여 제조될 수 있으며, 이때, 상기 제3그룹도 혼합단계에서 혼합될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기와 같은 항균 유약 조성물을 포함하는 유약을 이용하여 항균/항바이러스 성능을 가지는 항균도자기를 제조할 수 있다.
구체적으로 항균도자기 제조방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 도자소지를 성형하는 성형단계(S10)와; 상기 성형단계(S10) 후 성형된 도자소지를 소성하는 초벌 소성단계(S20)와; 초벌 소성된 상기 도자소지의 표면에 상술한 항균 유약 조성물을 시유하고 건조하여 유약층을 형성하는 유약층 형성단계(S30)와; 유약층이 형성된 상기 도자소지를 소성하는 재벌 소성단계(S40)를 포함할 수 있다.
여기서 성형단계(S10)는, 도자소지를 성형하는 단계로서, 다양한 구성이 가능하다.
여기서 도자소지는 고령토(백토, 흑점토), 장석, 도석 등을 포함할 수 있으며, Fe, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, ZnO, K2O, Na2O, H2O 등의 성분을 가질 수 있다.
여기서 초벌 소성단계(S20)는, 성형단계(S10) 후 성형 된 도자소지를 소성하는 단계로서, 다양한 구성이 가능하다.
상기 초벌 소성단계(S20)는, 제조되는 도자기의 종류에 따라서 다양한 조건에 의하여 수행될 수 있다.
즉, 상기 초벌 소성단계(S20)는, 제조되는 도자기의 종류에 따라서 온도조건, 시간조건, 압력조건들이 설정될 수 있다.
일례로, 상기 초벌 소성단계(S20)는, 4~6시간에 걸쳐 700~900℃, 예를 들면 5시간을 걸쳐 850℃의 조건으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 초벌 소성단계(S20)는, 산화소성 및 환원소성 등 다양한 조건을 가질 수 있음은 물론이다.
여기서 유약층 형성단계(S30)는, 초벌 소성된 상기 도자소지의 표면에 상술한 항균 유약 조성물을 시유하고 건조하여 유약층을 형성하는 단계로서, 다양한 구성이 가능하다.
이때, 상기 유약층 형성단계(S30)에서는 상기 초벌 소성단계(S20)에서 소성된 도자소지의 전부 또는 일부에 유약층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 유약층 형성단계(S30)에서는 상기 도자소지의 일부에는 상술한 바와 같은 항균 유약조성물을 시유하고, 잔여부분에는 종래의 유약조성물을 시유하여, 사용자가 원하는 부분에만 항균효과를 가지도록 형성할 수 있음은 물론이다.
여기서 재벌 소성단계(S40)는, 제조되는 도자기의 종류에 따라서 다양한 조건에 의하여 수행될 수 있다.
즉, 상기 재벌 소성단계(S40)는, 제조되는 도자기의 종류에 따라서 온도조건, 시간조건, 압력조건들이 설정될 수 있다.
일례로, 상기 재벌 소성단계(S40)에서 온도는, 0℃에서 6시간에 걸쳐 900℃로 상승될 수 있으며, 900℃에 도달된 후 약 30분간 유지될 수 있다.
다른 예로, 상기 재벌 소성단계(S40)에서 온도는, 0℃에서 8시간에 걸쳐 1100℃로 상승될 수 있으며, 1100℃에 도달된 후 약 30분간 유지될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 재벌 소성단계(S40)에서 온도는, 0℃에서 11시간에 걸쳐 1250℃로 상승될 수 있으며, 1250℃에 도달한 후 약 30분간 유지될 수 있다.
상기 재벌 소성단계(S40)에서 소성온도는 다양한 온도를 가질 수 있으며, 특정 온도에 제한되지 않는다.
또한, 상기 재벌 소성단계(S40)는, 산화 소성 및 환원 소성 등 다양한 소성조건을 가질 수 있다.
이때, 상기 재벌 소성단계(S40)는, 도자소지의 표면에 시유 된 항균유약이 산화소성됨으로써 산화조건에서 수산화알루미늄과 수산화구리를 물리적 결합시켜 환원에 의한 항균, 항바이러스 기능을 가질 수 있으므로, 유약층이 형성된 도자소지를 산화소성시킴이 바람직하다.
또한, 상기 재벌 소성단계(S40)는, 산화소성으로 진행되더라도, 일반적인 산화조건(환원소성)에서 만들어지는 산화구리의 비결정질 상태를 수산화알루미늄(ex, γ-Boehmite)를 이용하여 결정화 구조를 유사하게 만들 수 있으므로, 환원소성보다 공정이 단순하고, 공정시간이 짧으며, 생산비용이 낮은 산화소성을 이용함이 바람직하다.
한편, 상술한 항균도자기 제조방법을 이용하여 항균 도자기가 제조될 수 있으며, 상기 항균도자기는, 유리, 거울, 렌즈 등의 유리제품, 타일, 소변기, 좌변기, 세면대 등의 위생도기, 건축 인테리어 자재, 생활도자기, 세라믹 필터, 식탁, 컵, 냄비 등 주방용품, 유골함 등의 다양한 제품의 재료로 사용될 수 있으며, 이에 제한되지 아니한다.
이하 본 발명을 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 본 발명에 따른 항균 유약 조성물의 효과 비교를 위한 시험 준비를 위하여 시험균을 배양하였으며, 이때 균주는 Staphylococcus aureus(ATCC 6538)로 선택되었으며, 배지 및 시약은 LB broth(DIFCO #244620, USA)와 Bacto agar(#214010, USA)가 사용되었다.
여기서 시험균인 Staphylococcus aureus는 LB broth에 접종 후 200rpm 37℃
Shaking incubator에서 18시간동안 배양되었으며, 그 후 도자기 샘플을 5*5로 재단하였고, 도자기 위에 덮을 필름은 4*4로 재단해두며, 모두 UV조사하여 멸균처리 하였다.
- 실시예 1. 항균조성물이 첨가된 도자기 제조
실시예 1에서는, 본 발명에 따른 항균 유약 조성물을 포함한 유약이 시유된 도자기 샘플을 제조하였으며, 여기서 유약은, 장석 45wt%, 규석 11wt%, 석회석 22wt%, 고령토 16wt%, 활석 6wt%으로 구성된 제1그룹에 제2그룹을 추가하였으며, 이때 제2그룹의 수산화알루미늄에 대한 수산화구리의 중량비는 30%를 가지도록 제조하였다.
그리고 초벌 소성을 거친 도자소지를 실험예 1과 조건으로 제조된 유약을 시유한 후, 재벌 소성을 거쳐 도자기를 제조하였다.
여기서 초벌 소성은 5시간에 걸쳐 850℃로 소성 하고, 재벌 소성은 11시간에 걸쳐 1250℃로 상승시키고, 1250℃에 도달한 후 30분간 유지하여 수행하였다.
한편, 앞서 설명한 초벌 소성 및 재벌 소성은, 제조된 도자기의 용도, 목적 등에 따라서 초벌 소성 과정이 생략되는 등 다양한 방법에 의하여 수행될 수 있음은 물론이다.
-
실시예
2. 항균조성물이 첨가된 도자기 제조
실시예 2에서는, 본 발명에 따른 항균 유약 조성물을 포함한 유약이 시유된 도자기 샘플을 제조하였다.
① 유약 제조
장석 44.4wt%, 규석 11.1wt%, 고령토 11.1wt%, 활석 5.6wt%으로 구성된 제1그룹에 제2그룹을 추가하였으며, 이때 제2그룹의 수산화알루미늄에 대한 수산화구리의 중량비는 30%를 가지도록 제조하였다.
그리고 제1그룹, 제1그룹에 대한 제2그룹의 중량비를 1wt%, 1.5wt%, 2wt%, 3wt%, 5wt%로 한 유약재료에 대하여 물 1kg 및 구석 1kg을 볼밀에 넣고 소정 시간 혼합하였다.
볼밀 혼합에 있어서, 1차로 24시간을 혼합하여 수행하였으나, 추후 6시간 혼합하여 수행한바 동일한 항균력이 있는 것으로 확인된바 일정 시간 이상 수행하면 항균력이 충분히 발생됨을 확인하였다.
특히 볼밀 혼합에 있어서, 구석을 넣지 않고 수행한 경우 항균력 결과가 일정하지 않은 것으로 보아 구성을 넣고 수행함이 바람직하며, 이는 유약 제조시 혼합여부가 일정한 항균력 발생에 영향을 미치는 것으로 해석된다.
특히 도 4에 도시된 바와 같이, 볼밀 혼합 여부에 따른 샘플(제2그룹 중량부 3%) 사진을 보면 색상 분포에서 볼 수 있듯이 균일도가 크게 향상됨을 육안으로도 확인할 수 있다.
한편, 볼밀 혼합시 유약 재료 50wt%, 물 50wt%로 혼합하여 희석하여 유약을 제조하였다. 여기서 물 및 유약 재료의 중량비는 적절히 선택될 수 있다.
상기와 같은 유약 제조 조건을 표로 정리하면 아래 표와 같다.
| 구분 | 구분 | 질량(kg) | 1차중량부 | 2차중량부 50wt% |
| 제1그룹 | 규석 | 111 | 95~99wt% | |
| 고령토 | 167 | |||
| 장석 | 444 | |||
| 석회석 | 222 | |||
| 활석 | 56 | |||
| 제2그룹 | 1~5wt% | |||
| 물 | 50wt% |
② 시유
유약의 제조 후 성형된 도자소지를 유약에 소정시간 담가서 시유하였다.
이때 유약의 제조 후 시유전에 성형된 도자소지를 초벌 소성을 통하여 5시간에 걸쳐 850℃로 소성할 수 있다.
실험에 따르면, 5초간 시유 후 소성된 샘플의 경우 충분한 항균력을 가지지 못하는 것으로 확인되었다. 이는, 성형된 도자소지의 표면에 유약이 충분한 시유되어야 최종 제작된 샘플의 항균력이 형성되는 것으로 해석된다.
이에, 유약의 시유시간이 항균력에 영향을 미침을 인식하여 10초, 바람직하게는 15초 이상 시유한 후 소성을 거친 샘플의 경우 다른 조건의 충족하는 것을 전제로 99%의 항균력이 발생됨을 확인하였다.
한편, 성형된 도자소지에 대하여 유약의 시유는, 충분한 두께의 형성을 전제로 담금시유 이외에 스프레이 시유 등 다양한 방법에 의하여 유약층이 도자소지에 형성될 수 있다.
③ 재벌 소성
재벌 소성은 850℃까지 5시간의 1차 온도 상승, 950℃까지 1시간의 2차 온도 상승, 1250℃까지 4시간 40분의 3차 온도 상승, 1250℃에서 30분간의 온도유지 순으로 수행하였다.
여기서 상기 재벌 소성은, 초벌 소성 없이도 수행될 수 있음은 물론이다.
한편, 제2그룹의 중량비를 1wt%, 1.5wt%, 2wt%인 경우 황색포도상구균에 대하여는 99%의 항균력을 보였지만, 대장균에 대한 항균력이 크게 보이지 않았다.
이에 다양한 실험을 거쳐 재벌 과정에서 1250℃의 가열구간의 가열온도를 1260℃로 한 결과 제2그룹의 중량비를 1wt%, 1.5wt%, 2wt%인 경우 모두에 대하여 황색포도상구균은 물론 대장균에 대하여도 99%의 항균력을 보였다.
특히, 재벌 소성의 최고가열온도를 1250℃로 한 경우에 비하여 최고가열온도를 1260℃로 한 경우, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 샘플(제2그룹 중량부 5%)에서 기공 및 요철이 많이 형성됨을 확인하였는바 재벌 소성시 최고가열온도가 최종 샘플의 항균력에 효과가 있을 것으로 추정된다.
이를 정리하면, 상기 재벌 소성단계(S40)는, 미리 설정된 최고가열온도까지 가열, 상기 최고온가열온도를 유지하면서 미리 설정된 시간동안 유지 후 자연냉각하여 수행하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 최고가열온도는, 제2그룹의 중량비가 낮은 경우 상대적으로 더 높게 설정됨이 바람직하다.
예를 들면, 상기 제2그룹의 중량비가 3wt%보다 작은 경우 상기 최고가열온도를 1260℃ 이상이 되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 제2그룹의 중량비가 3wt%보다 큰 경우 최고가열온도가 1260℃보다 작은 온도, 예를 들면 1250℃가 될 수 도 있음은 물론이다.
그리고 최고가열온도의 유지시간은 30분 이상으로 수행함이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 실험예 2를 통하여 다음과 같이 정리될 수 있다.
상기 제2그룹의 중량비는, 3%보다 큰 것이 바람직하다. 다만, 상기 제2그룹의 중량비가 낮은 경우 볼밀 혼합, 시유 시간의 제어, 재벌 소성 단계(S40)의 최적화 등의 방법들을 적절히 조합하여 보완할 수 있다.
즉, 볼밀 혼합, 보다 바람직하게는 구석을 이용한 볼밀 혼합을 통하여, 유약 재료의 혼합을 최적화하여 최종 제조된 도자기의 향균력을 향상시킬 수 있다.
또한, 충분한 시간동안, 예를 들면 10초 이상, 바람직하게는 15초 이상의 시유를 통하여 성형된 도자소지에 충분한 두께의 유약층을 형성함으로서, 최종 제조된 도자기의 향균력을 향상시킬 수 있다.
또한, 재절 소성 단계에서, 최고가열온도를 상기 제2그룹의 중량비이 반비례하여 설정함으로써, 상기 제2그룹의 중량비가 낮은 상태에서도 최종 제조된 도자기에 충분한 항균력을 부여할 수 있다.
최적화된 방법으로서, 재벌 소성 단계의 상기 제2그룹의 중량비에 따라 최고가열온도의 설정하는 조건 이외에, 볼밀 혼합 및 충분한 시간의 시유는 반드시 수행하는 것이 가장 바람직하다.
- 비교예 1. 항균조성물이 첨가되지 않은 도자기 제조
비교예 1에서는, 실시예 1에서 제1그룹, 즉 수산화알루미늄 및 수산화구리항균가 포함되지 않은 유약 조성물(종래 유약)이 시유된 도자기 샘플을 제조하였다.
초벌 소성을 거친 도자소지에 대하여 비교예 1과 같은 조건으로 제조된 유약(종래 유약)을 시유한 후, 실험예 1과 동일한 조건으로 초벌 소성 재벌 소성을 거쳐 도자기를 제조하였다.
- 효과 시험 - 항균 효과 평가
상기 실시예 1과 비교예 1의 도자기 샘플에 희석한 시험균 0.4ml를 잘 스며들게 drop한 뒤, 위에 필름을 덮었다. 여기서 각 샘플의 초기균수는 2.4x105 CFU/ml로 확인되었다. 각 도자기 샘플은 37℃의 incubator에서 24시간동안 배양되었다.
배양 후 0.3mM PBS를 10ml씩 bottle에 넣어서 30분간 교반하면서 wash하였으며, 단계별로 희석하여 각 농도당 미리 준비된 Plate count agar에 0.1ml씩 분주한 후, Plating bead로 고르게 접종하였으며, 접종된 plate는 37℃에서 24시간 동안 배양되었다.
대조군은 항균조성물이 첨가되지 않은 것을 control로 두고, 접종 후 24시간후에 회수하여 측정하여 시간 경과 및 항균조성물 유무에 따른 항균효과를 확인하였다.
구체적으로, 상기 비교예1은, 균수가 1.38x103 CFU/ml로 감소하였으며, 상기 실시예1은, 5.0x10 CFU/ml로 감소하였다.
즉, 상기 제2그룹이 포함되지 않은 유약을 사용한 제1실시예보다 상기 제2그룹이 포함된 유약을 사용한 제2실시예의 경우, 균은 1.38x103 CFU/ml에서 5.0x10 CFU/ml으로 감소하였으므로, 제2실시예는 제1실시예 대비 96.37% 향상된 항균효과를 가짐을 확인할 수 있었다.
또한, 도 2b는 초기균수를 2.4x105 CFU/ml, 2.4x104 CFU/ml, 2.4x103 CFU/ml에서 각각 24시간후의 비교예1 및 실시예1의 균 수 변화를 보여주는 이미지로서, 24시간 후의 비교예1 대비 실시예1에 균 수가 적은 것을 확인할 수 있었으며, 초기균수가 많을수록 비교예1와 실시예1의 항균효과의 대비가 더욱 뚜렷함을 확인할 수 있었다.
한편, 실시예 2를 조건으로 한 실험결과는 표 2와 같다.
| 구분 |
볼밀혼합 | 재벌조건 | 항균효과실험결과(24시간 실험) | |
| 구석이용 볼밀혼합 | 1260도 이상의 재벌 | 실시예 | ||
| 제2그룹중량부 (Wt%) | 0.5 | 필요 | 필요 | 실험은 하지 못했지만 볼밀혼합 및 재벌조건으로 항균력이 있을 것으로 추정됨 |
| 1 | 필요 본 조건이 없는 경우 황색포도상구균에 대한 항균력만 있음 |
필요 | 실험은 하지 못했지만 볼밀혼합 및 재벌조건으로 항균력이 있을 것으로 추정됨 | |
| 1.5 | 필요 본 조건이 없는 경우 황색포도상구균에 대한 항균력만 있음 |
필요 | 실험은 하지 못했지만 볼밀혼합 및 재벌조건으로 항균력이 있을 것으로 추정됨 | |
| 2 | 필요 본 조건이 없는 경우 황색포도상구균에 대한 항균력만 있음 |
필요 | 실험은 하지 못했지만 볼밀혼합 및 재벌조건으로 항균력이 있을 것으로 추정됨 | |
| 3 | 필요 본 조건이 없는 경우 황색포도상구균에 대한 항균력만 있음 |
충분 | 볼밀혼합은 필수이며 재벌조건에 무관하게 99% 이상 항균효과 있음 | |
| 5 | 충분 | 충분 | 볼밀혼합 및 재벌조건과 무관하게항균효과 있음 단 균일도 측면을 고려하여 볼밀혼합 바람직 |
|
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시 예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
S10 : 성형단계
S20 : 초벌 소성단계
S30 : 유약층 형성단계 S40 : 재벌 소성단계
S30 : 유약층 형성단계 S40 : 재벌 소성단계
Claims (17)
- 규석, 실리카, 알루미나, 장석, 석회석, 프리트(frit) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1그룹과;
수산화알루미늄 및 수산화구리를 포함하는 제2그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2그룹은, 상기 제1그룹에 대하여 0.1wt% 내지 10wt% 인 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 수산화알루미늄은 보헤마이트(Boehmite)인 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 보헤마이트는 감마 보헤마이트(γ-Boehmite)인 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 수산화알루미늄과 상기 수산화구리는 A : B의 조성비를 가지는 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
결정수분(H2O)을 포함하는 제3그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 유약 조성물. - 청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 따른 항균 유약 조성물을 제조하는 항균유약 제조방법으로서,
상기 항균유약 제조방법은, 상기 제1그룹, 상기 제2그룹을 혼합하는 혼합단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균유약 제조방법. - 도자소지를 성형하는 성형단계(S10)와;
상기 성형단계(S10) 후 성형된 도자소지를 소성하는 초벌 소성단계(S20)와;
초벌 소성된 상기 도자소지의 표면에 청구항 제6항의 항균 유약 조성물을 시유하고 건조하여 유약층을 형성하는 유약층 형성단계(S30)와;
유약층이 형성된 상기 도자소지를 소성하는 재벌 소성단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균도자기 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 재벌 소성단계(S40)는, 유약층이 형성된 상기 도자소지를 산화소성 시키는 것을 특징으로 하는 항균도자기 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 유약층 형성 단계(S30)는,
상기 항균 유약 조성물이 구석을 이용한 볼밀 혼합이 수행되어 제조된 것을 특징으로 하는 항균도자기 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 유약층 형성 단계(S30)는,
시유를 10초 이상 수행하는 것을 특징으로 하는 항균도자기 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 재벌 소성단계(S40)는, 미리 설정된 최고가열온도까지 가열, 상기 최고온가열온도를 유지하면서 미리 설정된 시간동안 유지 후 자연냉각하여 수행하는 것을 특징으로 하는 항균도자기 제조방법. - 청구항 9의 항균도자기 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 항균 도자기.
- 청구항 10의 항균도자기 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 항균 도자기.
- 청구항 11의 항균도자기 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 항균 도자기.
- 청구항 12의 항균도자기 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 항균 도자기.
- 청구항 9에 있어서,
상기 항균도자기는, 유리, 거울, 렌즈, 위생 도기, 건축 인테리어 자재, 생활도자기, 세라믹 필터, 타일, 식탁, 컵, 냄비 및 유골함 중 어느 하나의 재료로 사용되는 것을 특징으로 하는 항균도자기.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210003613 | 2021-01-11 | ||
| KR1020210003613 | 2021-01-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220101582A true KR20220101582A (ko) | 2022-07-19 |
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ID=82607349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220004358A KR20220101582A (ko) | 2021-01-11 | 2022-01-11 | 항균 유약 조성물, 이를 포함하는 항균유약 제조방법, 이를 이용한 항균도자기 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 항균도자기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220101582A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115594403A (zh) * | 2022-09-16 | 2023-01-13 | 江门市东鹏智能家居有限公司（Cn） | 一种抗菌易洁釉及其卫浴陶瓷与卫浴陶瓷的制备方法 |
| KR102624386B1 (ko) * | 2023-09-19 | 2024-01-12 | (주)더조은자기 | 천연 방부 물질을 함유하는 도자기용 유약 조성물 및 이를 이용하여 제조한 친환경 방부 기능성 도자기 |
-
2022
- 2022-01-11 KR KR1020220004358A patent/KR20220101582A/ko not_active Application Discontinuation
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