KR20220142130A

KR20220142130A - Method to improve corrosion resistance of copper alloy that realizes sterilization and gold color

Info

Publication number: KR20220142130A
Application number: KR1020210048498A
Authority: KR
Inventors: 우승하; 김명구
Original assignee: 샤론이엔엠(주)
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-10-21

Abstract

According to the present invention, a method for improving corrosion resistance of a copper alloy comprises: a preparation step to prepare raw materials for manufacturing copper alloy nano powder; an iron manufacturing step to manufacture iron powder included in a water solution by using some of the raw materials; a copper coating step to add other raw materials to the water solution including the iron powder and coat a surface of the iron powder with copper; a separation step to separate the powder coated with copper from the water solution; and a drying step to dry the separated powder. The raw materials in the preparation step are iron sulfate (FeSO_4.7H_2) solution, sodium citrate and surfactant for preventing the gathering of particles, sodium borohydride (NaBH_4) which is a reducing agent, and copper sulfate (CuSo_4) for coating a surface of iron.

Description

{Method to improve corrosion resistance of copper alloy that realizes sterilization and gold color}

본 발명은 살균성과 금색을 구현하는 동합금의 내식성 향상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the corrosion resistance of a copper alloy that implements sterilization and gold color.

일반적으로 동이라 일컫는 구리(Cu)는 시각적으로 우수한 적색 광택을 가지는 금속으로, 전성 및 연성에 따른 가공의 용이성, 그리고 금속 고유의 재질적 특성 즉, 항균과 살균 및 탈취 그리고 열전도성 및 내식성 등이 뛰어난 특성이 있으며, 또한 다른 금속과 합금형태로 제조하는 경우 다른 색체와 다른 기계적 특성을 가져, 순수 구리 형태 또는 합금의 형태로 다양한 산업분야에서 폭넓게 활용되고 있다.Copper (Cu), commonly referred to as copper, is a metal with visually excellent red luster. It has excellent machinability and ductility, as well as the inherent material properties of the metal, such as antibacterial, sterilizing and deodorizing, thermal conductivity and corrosion resistance. It has excellent properties, and when it is manufactured in the form of an alloy with other metals, it has mechanical properties different from other colors, so it is widely used in various industrial fields in the form of pure copper or alloy.

예를 들면, 공개특허 제2007-0006500에는 구리와 아연의 합금을 다공체로 형성하여 다공체 고유의 우수한 열전도 및 항균 탈취력, 보다 우수한 특성을 가짐으로 인해 열저장체, 열교환기, 공기정화 및 조화장치, 수처리장치에 적용될 수 있음을 개시하고 있다.For example, in Patent Publication No. 2007-0006500, an alloy of copper and zinc is formed into a porous body to have excellent heat conduction, antibacterial and deodorizing properties inherent to the porous body, and thus a heat storage body, a heat exchanger, an air purifying and air conditioning device, It is disclosed that it can be applied to a water treatment device.

또한, 공개특허 제2011-0053998에는 인체에 알러지 접촉 피부염의 기여자로 알려진 니켈의 사용량을 줄여 인체와 접촉하는 제품 예를 들면, 동전 등에 사용하기 적합한 백색 구리 합금에 대한 구성이 개시되어 있다.In addition, Patent Publication No. 2011-0053998 discloses a composition of a white copper alloy suitable for use in products that come into contact with the human body, for example, coins, by reducing the amount of nickel known as a contributor to allergic contact dermatitis in the human body.

또한, 공개특허 제2002-0025399호에는 산화물 금속 담지체에 은, 망간 및 구리의 담지량을 조절하여 담지시킨 탈취 촉매가 개시되어 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open No. 2002-0025399 discloses a deodorizing catalyst supported by controlling the supported amounts of silver, manganese and copper on an oxide metal support.

상기의 발명들에 개시된 바와 같이, 구리는 기본적인 항균(살균) 특성을 보유하고 있으며, 기타 다른 금속들과 결합하여 내식성 및 색깔의 변화 등을 특성을 추가하고 있다.As disclosed in the above inventions, copper has basic antibacterial (sterilization) properties, and by combining with other metals, corrosion resistance and color change are added.

그러나 구리 자체는 다름 금속들에 비하여 향균 특성이 높으나, 순수 구리만으로는 공기중에 부유하는 세균이나 바이러스의 제거에는 한계를 나타낸다.However, copper itself has higher antibacterial properties than other metals, but pure copper alone has limitations in removing bacteria or viruses floating in the air.

따라서, 통상 상기 발명에 개시된 바와 같이, 다른 금속과 결합된 합금의 형태로 그 특성을 향상시키나, 구리와 결합하는 금속 자체의 비용이 높은 단점이 있다. 특히 은, 니켈 등의 경우에는 타 금속에 비하여 매우 고가이므로, 구리 합금 자체의 비용이 증가하는 단점이 있어, 다양한 분야에 살균 특성을 부가한 재질로 선택하기에는 비용적 특성이 불리하다.Therefore, as disclosed in the invention, the properties are usually improved in the form of an alloy combined with other metals, but there is a disadvantage in that the cost of the metal itself combined with copper is high. In particular, since silver and nickel are very expensive compared to other metals, there is a disadvantage in that the cost of the copper alloy itself increases.

또한 건물 또는 가정용 공기의 정화를 위해서는 기본적이 송풍 장치와 송풍 장치를 통하여 유입되는 공기의 이물질을 제거하기 위한 필터와 공기의 세균 등의 제거를 위한 향균 필터 등의 다양한 구성들이 포함되며, 향균 필터의 경우에는 일정 기간 사용된 후 교체되는 것이 일반적이므로, 만약 향균 필터 자체의 비용이 높은 경우 유지 보수 비용이 높은 단점이 있다.In addition, in order to purify the air of a building or home, various components such as a blower device and a filter for removing foreign substances in the air introduced through the blower device and an antibacterial filter for removing bacteria from the air are basically included. In this case, since it is common to replace it after being used for a certain period of time, if the cost of the antibacterial filter itself is high, the maintenance cost is high.

따라서, 비교적 가격이 싸고, 구리와 결합 시 살균성이 뛰어난 새로운 형태의 구리 분말이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a new type of copper powder that is relatively inexpensive and has excellent sterilization properties when combined with copper.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 살균성이 뛰어난 동합금 나노 분말 및 나노 분말에 의해 제조된 동합금의 내식성 향상 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been devised to overcome the disadvantages of the prior art, and an object of the present invention is to provide a copper alloy nanopowder with excellent sterilization properties and a method for improving corrosion resistance of a copper alloy prepared by the nanopowder.

본발명에 따른 동합금의 내식성 향상 방법은 동합금 나노 분말의 제조를 위한 원물질들을 준비하는 준비 단계; 상기 원물질들 중 일부의 원물질을 이용하여 수용액에 포함되는 철 분말을 제조하는 철 제조 단계; 상기 철 분말이 포함된 수용액에 또 다른 원물질을 추가하여 상기 철 분말 표면에 구리로 코팅하는 구리 코팅 단계; 상기 구리가 코팅된 분말을 수용액에서 분리하는 분리 단계; 및 분리된 분말을 건조하는 건조 단계를 포함하고, 상기 준비 단계에서의 원물질은 황산철(FeSO₄.7H₂O) 용액, 입자간 뭉침을 방지하기 위한 시트르산나트륨과 계면활성제, 환원제인 수소화붕소나트륨(NaBH₄), 및 철의 표면을 코팅하기 위한 황산구리(CuSO₄)이다.A method for improving corrosion resistance of a copper alloy according to the present invention includes a preparation step of preparing raw materials for the preparation of copper alloy nanopowder; an iron manufacturing step of preparing iron powder contained in an aqueous solution by using some of the raw materials of the raw materials; a copper coating step of coating the surface of the iron powder with copper by adding another raw material to the aqueous solution containing the iron powder; a separation step of separating the copper-coated powder from an aqueous solution; and a drying step of drying the separated powder, wherein the raw material in the preparation step is an iron sulfate (FeSO _4.7H ₂ O) solution, sodium citrate and a surfactant to prevent agglomeration between particles, and boron hydride as a reducing agent sodium (NaBH ₄ ), and copper sulfate (CuSO ₄ ) for coating the surface of iron.

본 발명에 따른 동합금 나노 분말은 단일 구리 구성보다 높은 살균력을 나타내며, 특히 공기중에 포함된 바이러스의 높은 제거율을 나타내는 효과가 있으며, 또한 본 발명의 제조 방법은 비교적 단순한 절차에 의해 수행되므로, 낮은 원재료 가격과 더불어 생산 단가도 낮출 수 있는 효과가 있다.The copper alloy nanopowder according to the present invention exhibits a higher sterilization power than a single copper composition, and in particular has an effect of exhibiting a high removal rate of viruses contained in the air. In addition, it has the effect of lowering the production cost.

도 1은 본 발명에 따른 동합금 나노 분말의 단위 구의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내식성 향상 방법의 순서도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a unit sphere of a copper alloy nanopowder according to the present invention.
2 is a flowchart of a method for improving corrosion resistance according to the present invention.

이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.The present invention described below can apply various transformations and can have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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 in the present application are only used 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 application, 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 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first, second, etc. may be used to distinguish and describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한 본 출원에서 적어도 2개의 상이한 실시예들이 각각 기재되어 있을 경우, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 별다른 기재가 없더라도 각 실시예들은 구성요소의 전부 또는 일부를 상호 병합 및 혼용하여 사용할 수 있다.In addition, when at least two different embodiments are described in the present application, even if there is no particular description within the scope not departing from the technical spirit of the present invention, all or part of the components may be used by merging and mixing with each other. .

본 발명에 따른 동합금 나노 분말은 순수 구리와 순수 철이 결합한 것으로 외형적으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 나노 레벨의 크기를 갖는 구(10)의 집합체이다.The copper alloy nanopowder according to the present invention is a combination of pure copper and pure iron, and is an aggregate of spheres 10 having a nano-level size as shown in FIG. 1 .

상기 구(10)는 순수 철로 구성되는 내구체(1)와 상기 내구체(1)의 표면에 형성되는 순수 구리로 이루어진 코팅층(2)을 포함한다.The sphere 10 includes a spherical body 1 made of pure iron and a coating layer 2 made of pure copper formed on the surface of the spherical body 1 .

상기 내구체(1)의 직경은 10㎚이상 30㎚이하의 크기이다.The diameter of the spherical body 1 is 10 nm or more and 30 nm or less.

여기서 상기 내구체(1)의 직경이 10㎚ 미만인 경우 실제 제조가 어려워 제조 비용이 증가하는 단점이 있으며, 30㎚를 초과하는 경우에는 구(10) 집합체의 표면적이 상대적으로 적어 살균성이 떨어지는 단점이 있다.Here, if the diameter of the spherical body 1 is less than 10 nm, it is difficult to actually manufacture it, so manufacturing cost increases. have.

또한, 상기 코팅층(2)은 1㎚이상 5㎚ 이하의 두께를 갖는다.In addition, the coating layer 2 has a thickness of 1 nm or more and 5 nm or less.

상기 코팅층(2)의 두께가 1㎚ 미만인 경우에는 코팅층(2) 형성이 어려워 제작이 어려운 단점이 있고, 5㎚를 초과하는 경우 살균성에 별다른 차이가 없다.When the thickness of the coating layer 2 is less than 1 nm, the coating layer 2 is difficult to form and thus is difficult to manufacture, and when it exceeds 5 nm, there is no significant difference in sterilization properties.

한편, 상기 구(10)는 제조상 그 형태가 다소 변형될 수 있으며, 적절한 표면적을 갖는 어떠한 형태로도 무방하다.On the other hand, the shape of the sphere 10 may be slightly deformed during manufacture, and any shape having an appropriate surface area may be used.

다음은 본 발명에 따른 동합금 나노 분말의 제조 방법에 대하여 설명한다.Next, a method for manufacturing a copper alloy nanopowder according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 동합금 나노 분말의 제조 방법은 액상환원법을 기초로 제조되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 준비 단계(S1), 철 제조 단계(S2), 구리 코팅 단계(S3), 분리 단계(S4) 및 건조 단계(S5)를 포함하여 구성된다.The manufacturing method of the copper alloy nanopowder according to the present invention is prepared based on the liquid phase reduction method, and as shown in FIG. 2 , a preparation step (S1), an iron manufacturing step (S2), a copper coating step (S3), a separation step ( S4) and a drying step (S5).

먼저 준비 단계(S1)는 동합금 나노 분말을 제조하기 위한 원물질을 준비하는 단계로, 해당 원물질은 황산철(FeSO₄.7H₂O) 용액, 입자간 뭉침을 방지하기 위한 시트르산나트륨과 계면활성제(P123), 환원제인 수소화붕소나트륨(NaBH₄), 그리고 철의 표면을 코팅하기 위한 황산구리(CuSO₄)를 준비한다.First, the preparation step (S1) is a step of preparing a raw material for manufacturing the copper alloy nanopowder. The raw material is an iron sulfate (FeSO _4.7H ₂ O) solution, sodium citrate to prevent agglomeration between particles, and a surfactant. (P123), sodium borohydride as a reducing agent (NaBH ₄ ), and copper sulfate (CuSO ₄ ) for coating the surface of iron are prepared.

block-poly(ethylene glycol), Aldrich, USA를 사용하였다.Block-poly(ethylene glycol), Aldrich, USA was used.

상기 준비 단계(S1) 이후에는 철 제조 단계(S2)가 수행된다.After the preparation step (S1), the iron manufacturing step (S2) is performed.

상기 철 제조 단계(S2)에서는 먼저 황산철 용액에 시트르산나트륨과 계면활성제(P123)를 첨가한다.In the iron manufacturing step (S2), sodium citrate and a surfactant (P123) are first added to the iron sulfate solution.

이때 황산철 용액 100중량부에 대하여 시트란산타트륨 0.09 내지 0.1중량부 및 계면활성제 0.2 내지 0.3중량부를 첨가한다.At this time, 0.09 to 0.1 parts by weight of sodium citrate and 0.2 to 0.3 parts by weight of a surfactant are added based on 100 parts by weight of the iron sulfate solution.

상기 시트란산나트륨과 계면활성제는 생선되는 철의 입자가 뭉침을 방지하기 위한 역할을 한다.The sodium citrate and the surfactant serve to prevent agglomeration of fish iron particles.

이후 상기 혼합용액에 수산화붕산나트륨 0.001 내지 0.002중량부를 첨가하면, 5분 후에 상기 수산화붕산나트륨의 환원 작용에 의하여 수용액 내에서 순수 철 입자가 생성되어 철 제조 단계(S2)가 완료된다.After that, when 0.001 to 0.002 parts by weight of sodium hydroxide is added to the mixed solution, pure iron particles are generated in the aqueous solution by the reducing action of the sodium hydroxide after 5 minutes to complete the iron production step (S2).

상기 수산화붕산나트륨의 양은 미량으로 상기와 같은 양에서 나노 형태의 입자가 생성된다.The amount of sodium hydroxide borate is a very small amount, nano-shaped particles are produced in the same amount as above.

상기 철 제조 단계(S2)가 완료된 이후에는 상기 순수 철 입자의 표면에 순수 구리를 코팅하기 위한 구리 코팅단계(S3)가 수행된다.After the iron manufacturing step (S2) is completed, a copper coating step (S3) for coating pure copper on the surface of the pure iron particles is performed.

상기 순수 철이 생성된 수용액에 황산철 용액 100중량부에 대하여 황산구리 용액 0.25 내지 0.35중량부를 혼합한다.0.25 to 0.35 parts by weight of a copper sulfate solution is mixed with 100 parts by weight of the iron sulfate solution in the aqueous solution in which the pure iron is produced.

상기 황산구리 용액은 역시 수소화붕산나트륨의 환원 역할에 의하여 10분 후에 상기 순수 철 입자의 표면에 순수 구리가 코팅된다.The copper sulfate solution is also coated with pure copper on the surface of the pure iron particles after 10 minutes by the reducing role of sodium hydride borate.

역시 상기 황산구리 용액 역시 미량이며, 상기와 같은 양에서 나노 형태의 입자에 코팅이 이루어진다.Also, the copper sulfate solution is also in a trace amount, and the coating is made on the nano-shaped particles in the same amount as above.

상기 구리 코팅 단계(S3) 이후에는 동합금 분말을 수용액에서 분리하기 위하여 분리 단계(S4)가 수행된다.After the copper coating step (S3), a separation step (S4) is performed to separate the copper alloy powder from the aqueous solution.

상기 분리 단계(S4)는 먼저 원심 분리기를 이용하여 10,000RPM으로 15분 정도 원심 분리 후에 증류수를 이용하여 2번 세척하여 동합금 분말을 얻는다.In the separation step (S4), the copper alloy powder is obtained by first centrifuging at 10,000 RPM using a centrifuge for 15 minutes and then washing twice with distilled water.

상기 분리 단계(S4)가 완료된 분말은 표면에 수분이 부착되어 있으므로, 건조를 위한 건조 단계(S5)가 수행된다.Since moisture is attached to the surface of the powder on which the separation step (S4) is completed, a drying step (S5) for drying is performed.

상기 건조 단계(S5)는 100~110℃에서 10 내지 14시간 건조하는 경우 표면의 수분을 제거하고 최종 동합금 분말을 얻을 수 있다.In the drying step (S5), when drying at 100 to 110° C. for 10 to 14 hours, moisture on the surface may be removed and a final copper alloy powder may be obtained.

한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments disclosed in the drawings are only presented as specific examples to help understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

1: 내구체 2: 코팅층
10: 구 S1: 준비 단계
S2: 철 제조 단계 S3: 구리 코팅 단계
S4: 분리 단계 S5: 건조 단계1: Durable body 2: Coating layer
10: Sphere S1: Preparatory Steps
S2: iron manufacturing step S3: copper coating step
S4: separation step S5: drying step

Claims

A preparation step of preparing raw materials for the production of copper alloy nanopowder;
an iron manufacturing step of preparing iron powder contained in an aqueous solution by using some of the raw materials of the raw materials;
a copper coating step of coating the surface of the iron powder with copper by adding another raw material to the aqueous solution containing the iron powder;
a separation step of separating the copper-coated powder from an aqueous solution; and
comprising a drying step of drying the separated powder,
The raw material in the preparation step is an iron sulfate (FeSO _4.7H ₂ O) solution, sodium citrate and a surfactant to prevent agglomeration between particles, sodium borohydride as a reducing agent (NaBH ₄ ), and to coat the surface of iron For copper sulfate (CuSO ₄ ), a method of improving the corrosion resistance of a copper alloy.