KR100912343B1 - 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법, 여기에사용되는 코팅액, 및 금속 수식 애퍼타이트 함유막으로피복된 부위를 갖는 전자 기기 - Google Patents
금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법, 여기에사용되는 코팅액, 및 금속 수식 애퍼타이트 함유막으로피복된 부위를 갖는 전자 기기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 과제는 금속 수식(修飾) 애퍼타이트가 갖는 항균 작용 또는 방오 작용 등을 충분히 발휘하면서 투명성이 우수한 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법, 여기에 사용되는 코팅액 및 그와 같은 금속 수식 애퍼타이트 함유막으로 피복된 부위를 갖는 전자 기기를 제공하는 데에 있다.
그 해결 수단은 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법에 있어서, 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅 액재를 포함하고 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％인 금속 수식 애퍼타이트 함유 코팅액을 기재에 대하여 도포하는 것으로 한다.
금속 수식 애퍼타이트 함유막
Description
도 1은 본 발명에서 사용하는 금속 수식 애퍼타이트의 표면 화학 구조의 모델을 나타낸다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 금속 수식 애퍼타이트의 제조 방법의 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 금속 수식 애퍼타이트 함유막 형성 방법의 플로우 차트이다.
도 4는 실시예에서 금속 수식 애퍼타이트 함유막 부착 유리 플레이트의 투과율을 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
S11: 원료 혼합 공정
S12: pH 조절 공정
S13: 생성 공정
S14: 건조 공정
S15: 소결 공정
S21: 전처리 공정
S22: 코팅액 제조 공정
S23: 도포 공정
S24: 건조 경화 공정
본 발명은 광촉매 기능을 갖는 금속 수식 애퍼타이트[燐灰石, apatite]를 함유하는 막을 소정의 보호 대상 부위에 형성하는 방법, 여기에 사용되는 코팅액 및 금속 수식 애퍼타이트 함유막으로 피복된 부위를 갖는 전자 기기에 관한 것이다.
노트북 컴퓨터나 휴대 전화 등의 전자 기기에는 사용 형태에 따라서 손가락이나 담배 타르 및 이들을 통해 먼지 등이 부착되어 버린다. 또한, 손가락이나 담배 타르가 부착되면 기기 표면에서 잡균 등의 번식이 조장되는 경우가 있다. 손가락, 담배 타르, 잡균 등에 의한 오염을 방치하면 전자 기기의 외관, 나아가서는 청결감이 손상되는 경우가 있다. 한편, 생활 환경에서 항균에 대한 관심이 높아짐에 따라서, 노트북 컴퓨터나 휴대 전화 등의 전자 기기에서도 그 케이스나 조작 키 등에 대해 항균성이 강하게 요구되어 왔다. 그 때문에, 전자 기기 분야에서는 손가락, 담배 타르, 잡균 등에 의한 오염에 적절하게 대응하기 위한 항균ㆍ방오 기술의 도입이 요망되고 있다.
최근, 산화 티탄(TiO2) 등의 일부 반도체 물질의 광촉매 기능이 집중적으로 주목받고 있고, 이 광촉매 기능에 기초하여 항균 작용이나 방오 작용이 발휘될 수 있음이 알려져 있다. 광촉매 기능을 갖는 반도체 물질로 일반적으로, 가전자대와 전도대의 밴드갭(bandgap)에 상당하는 에너지를 갖는 광을 흡수함으로써, 가전자대의 전자가 전도대에 천이되고, 이 전자 천이에 의해 가전자대에는 정공이 발생한다. 전도대의 전자는 해당 광촉매성 반도체의 표면에 흡착되어 있는 물질로 이동하는 성질을 가지며, 이에 따라 해당 흡착 물질은 환원될 수 있다. 가전자대의 정공은 해당 광촉매성 반도체의 표면에 흡착되어 있는 물질로부터 전자를 탈취하는 성질을 가지며, 이에 따라 해당 흡착 물질은 산화될 수 있다.
광촉매 기능을 갖는 산화 티탄(TiO2)에서는 전도대에 천이된 전자는 공기 중의 산소를 환원하여 수퍼옥시드 음이온(ㆍO2
-)을 생성시킨다. 이와 동시에 가전자대에 발생된 정공은 산화 티탄 표면의 흡착수를 산화하여 히드록시 라디칼(ㆍOH)을 생성시킨다. 히드록시 라디칼은 매우 강한 산화력을 갖고 있다. 그 때문에 광촉매성 산화 티탄에 대하여 예를 들면, 유기물이 흡착하면 히드록시 라디칼이 작용함으로써 해당 유기물은 최종적으로는 물과 이산화탄소로 분해되는 경우가 있다.
유기물에 있어서 이러한 산화 분해 반응을 광촉매 기능에 기초하여 촉진하는 것이 가능한 산화 티탄은 항균제, 살균제, 방오제, 탈취제, 환경 정화제 등에 광범위하게 이용되고 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 (평)제11-195345호 공보에 는 전자 기기의 누름 버튼에 광촉매성 산화 티탄을 부착시킴으로써 해당 누름 버튼에 대하여 항균성을 부여하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 산화 티탄 자체는 그 표면에 어떠한 물질을 흡착하는 능력이 부족하다. 따라서, 광촉매 기능에 기초하는 산화 티탄의 산화 분해 작용, 나아가 항균 작용이나 방오 작용 등을 충분히 얻기 위해서는 산화 분해되는 분해 대상물과 산화 티탄과의 접촉 효율을 향상시킬 필요가 있다.
분해 대상물과 산화 티탄과의 접촉 효율을 향상시키기 위한 기술은 예를 들면, 일본 특허 공개 제2000-327315호 공보에 개시되어 있다. 상기 공보에는 광촉매 기능을 갖는, 예를 들어 산화 티탄과 흡착력이 높은, 예를 들어 칼슘히드록시애퍼타이트가 원자 레벨로 복합화된 금속 수식 애퍼타이트가 개시되어 있다. 구체적으로는 상기 금속 수식 애퍼타이트는 칼슘히드록시애퍼타이트 (CaHAP, Ca10(PO4)6 (OH)2)의 결정 구조에 포함되는 Ca의 일부가 Ti로 치환된 구조를 가지며, 해당 Ti 도입 부위에는 광촉매성 산화 티탄의 화학 구조에 근사한 산화 티탄 모양의 부분 구조가 형성되어 있다.
칼슘히드록시애퍼타이트는 이나 뼈와 같은 생체 경조직의 주성분이고, 인공뼈, 인공 치근[齒根, dental root], 인공 장기와 같은 의학용 재료로 널리 이용되고 있다. 또한, CaHAP은 양이온, 음이온과도 이온 교환되기 쉽기 때문에 흡착성이 풍부하고, 특히 단백질 등의 유기물을 흡착하는 능력이 우수하다는 것이 알려져 있다. 그 때문에, CaHAP에 대해서는 크로마토그래피용 흡착제, 화학 센서, 이온 교 환체 등, 폭넓은 분야에 대한 응용 기술의 연구가 열심히 행해지고 있다.
상기 기재된 일본 특허 공개 제2000-327315호 공보에 개시되어 있는 금속 수식 애퍼타이트에서는 상술된 바와 같이 유기물 흡착성이 우수한 CaHAP의 결정 구조 중에 광촉매 기능을 발휘할 수 있는 산화 티탄 모양의 부분 구조를 설치함으로써, 유기물과 산화 티탄 모양의 부분 구조와의 접촉 효율의 향상을 도모하고 있다. 그 결과, 상기 산화 티탄 모양의 부분 구조는 광촉매 기능에 기초하여 예를 들면, 손가락 및 세균 세포막 등의 유기물을 효율적으로 산화 분해하는 것이 가능해졌다. 그 때문에, 전자 기기에서 소정의 부재에 대하여 이러한 금속 수식 애퍼타이트를 반죽하여 부착시킴으로써, 해당 부재에 대하여 항균성이나 방오성을 부여할 수 있다.
항균성이나 방오성을 향상시킨다는 관점에서는 부재에 대한 금속 수식 애퍼타이트의 반죽량 또는 부착량은 많은 쪽이 좋다. 그러나, 상기 기재된 일본 특허 공개 제2000-327315호 공보에 개시되어 있는 금속 수식 애퍼타이트 제조 방법에 의하면, 금속 수식 애퍼타이트는 백색의 분체로 얻어진다. 그 때문에, 항균제나 방오제 등으로 상기 금속 수식 애퍼타이트를 사용하면 금속 수식 애퍼타이트가 백색인 것에 기인하여, 부재가 원래 함유하는 색조가 영향을 받는 경우가 있다. 또한, 금속 수식 애퍼타이트는 예를 들면, 용제 중에 분체끼리 응집하는 경향을 가지며, 이 응집으로 인하여 부재의 질감에 영향을 주는 경우도 있다. 노트북 컴퓨터나 휴대 전화 등의 전자 기기에 있어서 예를 들면, 케이스나 표시 화면 보호용의 투명 커버에 대해 이와 같은 문제점을 회피할 필요가 있는 경우는 많다.
상술된 외관적 문제점을 회피하는 것을 목적으로 단순히 금속 수식 애퍼타이트의 사용량을 저감시키면 부재 표면에서의 금속 수식 애퍼타이트에 의한 항균 작용이나 방오 작용은 비례적으로 저하되는 경향이 있다. 이 때문에, 항균제나 방오제 등으로서 금속 수식 애퍼타이트를 사용함에 있어서 금속 수식 애퍼타이트의 항균 작용이나 방오 작용 등을 높게 유지하면서 외관적인 문제점을 회피하는 데에는 곤란함이 있다. 따라서, 노트북 컴퓨터나 휴대 전화 등의 전자 기기에서는 종래부터 항균제나 방오제 등으로서 금속 수식 애퍼타이트를 사용하는 것은 실용적이지 못했다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 금속 수식 애퍼타이트가 갖는 항균 작용 또는 방오 작용 등을 충분히 발휘하면서 투명성이 우수한 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법, 이에 사용되는 코팅액 및 이와 같은 금속 수식 애퍼타이트 함유막으로 피복된 부위를 갖는 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1측면에 의하면, 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법이 제공된다. 이 방법은 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅 액재를 포함하고, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％인 금속 수식 애퍼타이트 함유 코팅액을 기재에 대하여 도포하는 것을 특징으로 한다. 여기에서 금속 수식 애퍼타이트라 함은 애퍼타이트 결정 구조에 포함되는 금속 원자의 일부가 광촉 매성 금속 원자인 애퍼타이트를 의미하며, 광촉매성 금속 원자라 함은 산화물의 상태에서 광촉매 중심으로 기능할 수 있는 금속 원자를 의미한다. 또한, 무기 코팅 액재는 실질적으로 투명하고 가시 영역에서의 투과율이 90 ％ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 금속 수식 애퍼타이트에 있어서, 그 기본 골격을 구성하는 애퍼타이트는 다음과 같은 화학식에 의해서 표시할 수 있다.
식 중, A는 Ca, Co, Ni, Cu, Al, La, Cr, Fe, Mg 등의 각종 금속 원자를 나타내며, B는 P, S 등의 원자를 나타내고, X는 수산기(-OH) 및 할로겐 원자(예를 들면, F, Cl)등이다. 보다 구체적으로 금속 수식 애퍼타이트의 기본 골격을 구성하는 애퍼타이트로서 예를 들면, 히드록시애퍼타이트, 및 플루오로애퍼타이트, 클로로애퍼타이트와 같은 금속염, 및 인산삼칼슘 및 인산수소칼슘 등을 들 수 있다. 본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 애퍼타이트는 상기 식 중, X가 수산기(-OH)인 히드록시애퍼타이트이다. 보다 바람직하게는 상기 식 중, A가 칼슘(Ca)이고, B가 인(P)이며, X가 수산기(-OH)인 칼슘히드록시애퍼타이트(CaHAP), 즉 Ca10(PO4)6(OH)2이다.
칼슘히드록시애퍼타이트는 상술된 바와 같이 양이온이나, 음이온과 이온 교환되기 쉽기 때문에 흡착성이 풍부하고, 특히 단백질 등의 유기물을 흡착하는 능력 이 우수하다. 나아가, CaHAP는 곰팡이나 세균 등을 강력하게 흡착함으로써, 이들의 증식을 저지 내지 억제할 수 있는 것이 알려져 있다.
금속 수식 애퍼타이트에 포함되는 광촉매성 금속 원자, 즉, 산화물 상태에서 광촉매 중심으로 기능할 수 있는 금속 원자로는 예를 들면, 티탄(Ti), 아연(Zn), 텅스텐(W), 망간(Mn), 주석(Sn), 인듐(In), 철(Fe) 등을 들 수 있다. 이러한 광촉매성 금속 원자가 상기의 화학식으로 표시되는 애퍼타이트의 결정 구조를 구성하는 금속 원자 중 일부로서 애퍼타이트 결정 구조에 수용함으로써 애퍼타이트 결정 구조내에서 광촉매 기능을 발휘할 수 있는 광촉매성 부분 구조가 형성된다. 광촉매성 부분 구조라 함은 보다 구체적으로는 화학식 1에서 A의 일부를 대신하여 수용되는 광촉매성 금속 원자와 화학식 1에서 산소 원자를 포함하고, 광촉매 기능을 갖는 금속 산화물의 구조에 상당하는 것이라고 생각된다.
이러한 화학 구조를 갖는 금속 수식 애퍼타이트는 광조사 조건하에서는 높은 흡착력 및 광촉매 기능의 상승 효과에 의해 흡착력이 부족한 광촉매성 금속 산화물보다도 효율적인 분해 작용, 나아가 효율적인 항균 작용이나 방오 작용 등을 나타낸다. 또한, 어두운 곳에서 높은 흡착력에 의해 곰팡이나 세균 등을 강력하게 흡착하고, 이들의 증식을 저지 내지 억제시키는 항균 작용을 나타낸다.
상술한 바와 같은 본 발명의 제1측면에 관한 방법에 의하면, 이러한 금속 수식 애퍼타이트의 항균 작용이나 방오 작용 등을 충분히 발휘할 수 있는 금속 수식 애퍼타이트 함유막을 형성할 수 있다. 금속 수식 애퍼타이트는 상술된 바와 같이, 흡착성이 우수한 애퍼타이트와 광촉매 물질이 원자 레벨로 복합화되어 있고, 그 결 과, 광조사 조건하에서는 광촉매 분해 작용에 기초한 항균 작용이나 방오 작용을 나타내고, 또한 어두운 곳에서는 흡착력에 기초한 항균 작용을 나타낸다. 이에 대하여 항균ㆍ방오제로 종래부터 알려져 있는 예를 들면, 광촉매성 산화 티탄은 흡착력이 부족하기 때문에 실용적인 항균ㆍ방오 효과를 얻기 위해 다량으로 사용할 필요가 있고, 또한, 어두운 곳에서는 항균ㆍ방오 작용을 나타내지 않는다. 이 때문에 항균제나 방오제 등으로 금속 수식 애퍼타이트 분말을 사용하면, 산화 티탄을 사용하는 것보다도 우수한 항균 효과나 방오 효과 등을 실현할 수 있다. 이와 같은 금속 수식 애퍼타이트의 특성을 효과적으로 활용하여 본 발명자들은 금속 수식 애퍼타이트 분말과 무기 코팅 액재를 포함하는 코팅액을 도포한 후에 건조 경화시켜 얻을 수 있는 금속 수식 애퍼타이트 함유막에서 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％로 저하되더라도 코팅액 제조시 금속 수식 애퍼타이트 분말을 적절하게 분산시킴으로써 예를 들면, 전자 기기 표면에 요구되는 항균성이나 방오성은 충분히 부여할 수 있다는 지견을 얻었다.
또한, 본 발명의 제1측면에 관한 방법에 의하면, 투명성이 우수한 금속 수식 애퍼타이트 함유막을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 실질적으로 무색 투명한 무기 코팅 액재에 적절하게 분산되어 있는 백색의 금속 수식 애퍼타이트의 함유율은 0.01 내지 5 중량％로 낮기 때문에 이 코팅액을 적절한 막 두께로 도포한 후에 건조 경화시켜 얻을 수 있는 금속 수식 애퍼타이트 함유막을 실질적으로 무색 투명하게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1측면에 의하면, 금속 수식 애퍼타이트의 항균 작용 이나 방오 작용 등을 충분히 발휘하면서 투명성이 우수한 금속 수식 애퍼타이트 함유막을 형성할 수 있다.
본 발명에서 금속 수식 애퍼타이트 함유 코팅액의 제조시 예를 들면 우선, 분말형 금속 수식 애퍼타이트를 알코올 용매에 분산시키는 전처리 공정을 행한다. 이어서 알코올 용매에 분산되어 있는 금속 수식 애퍼타이트를 무기 코팅 액재에 첨가한다. 계속해서, 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅 액재를 적절하게 혼합한다. 바람직하게는, 전처리 공정에서 알코올 용매에 있어서 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경이 5 ㎛ 이하가 되도록 볼밀에 의한 분쇄 및(또는) 여과를 한다. 이러한 수법에 의해, 무기 코팅 액재에 대하여 금속 수식 애퍼타이트 분말을 바람직한 입경으로 적절하게 분산시킬 수 있다. 금속 수식 애퍼타이트 분말의 입경이 작은 쪽이 금속 수식 애퍼타이트에서 단위 체적당 광촉매 기능은 과다해지고, 또한 막형성 후의 외관적 문제점은 저감되는 경향이 있다.
바람직하게는 금속 수식 애퍼타이트는 CaHAP의 Ca의 일부가 Ti로 치환된 화학 구조를 갖는 티탄 수식 칼슘 히드록시 애퍼타이트(Ti-CaHAP)이다. Ti-CaHAP는 CaHAP의 우수한 흡착력과, 산화 티탄의 우수한 광촉매 기능을 병유한다.
바람직하게는 금속 수식 애퍼타이트에 있어서, Ca 및 Ti의 합계에 대한 Ti의 비율은 3 내지 11 몰％이다. 이러한 비율에 의하면, Ti-CaHAP에서 CaHAP의 우수한 흡착력과, 산화 티탄의 우수한 광촉매 기능을 효율적으로 발현할 수 있다.
본 발명에서 무기 코팅 액재로는 예를 들면, 히트리스글라스(Heatless Glass) 등을 사용할 수 있다. 금속 수식 애퍼타이트 분말의 분산매인 무기 코팅 액재로서 히트리스글라스를 사용하면 금속 수식 애퍼타이트 함유 코팅액은 도포된 후에 상온에서 건조 경화할 수 있다. 예를 들면, 히트리스글라스로는 알코올 가용성 무기계 수지를 70 내지 80 중량％, 이소프로필알코올을 5 내지 12 중량％, 메탄올을 3 내지 4 중량％, 디부틸주석디아세테이트를 2 내지 3 중량％ 포함하는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 제2측면에 의하면, 코팅액이 제공된다. 이 코팅액은 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅 액재를 포함하고, 금속 수식 애퍼타이트의 함유율은 0.01 내지 5 중량％인 것을 특징으로 한다. 이러한 코팅액은 본 발명의 제1측면에 관한 방법에 사용할 수 있다.
본 발명의 제3측면에 의하면, 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅재를 포함하고, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％인 금속 수식 애퍼타이트 함유막에 의해 피복된 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기가 제공된다.
이러한 구성을 갖는 노트북 컴퓨터, 휴대 전화, PDA 등의 전자 기기는 본 발명의 제1측면에 관한 방법에 의해 전자 기기를 구성하는 부재의 소정 부위에 대하여 금속 수식 애퍼타이트 함유막을 형성함으로써 얻을 수 있다. 전자 기기를 구성하는 부재로는 예를 들면, 케이스, 조작키, 표시 화면 보호용 투명 커버 등을 들 수 있다. 제1측면에 관한 방법에 의해 형성되는 금속 수식 애퍼타이트 함유막은 항균 작용 또는 방오 작용을 충분하게 발휘하면서 투명성이 우수하다. 따라서, 제3측면에 관한 전자 기기는 금속 수식 애퍼타이트 함유막에 의해 충분한 항균성이 나 방오성이 부여되면서 해당 막에 의해 외관으로부터 영향을 받지 않는 부위를 갖는다.
본 발명의 제3측면에서도 바람직하게는 금속 수식 애퍼타이트는 칼슘히드록시애퍼타이트의 Ca의 일부가 Ti로 치환된 화학 구조를 갖는다. 보다 바람직하게는 금속 수식 애퍼타이트에 있어서, Ca 및 Ti의 합계에 대한 Ti의 비율은 3 내지 11 몰％이다. 또한, 바람직하게는 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경은 5 ㎛ 이하이다.
본 발명에서 사용되는 금속 수식 애퍼타이트는 광촉매 기능을 나타내는 금속산화물과 소위 애퍼타이트를 원자 레벨로 복합화한 것이다. 그와 같은 금속 수식 애퍼타이트에 있어서, 광촉매 기능을 발현시키기 위한 금속으로 예를 들면, 티탄(Ti), 아연(Zn), 텅스텐(W), 망간(Mn), 주석(Sn), 인듐(In), 철(Fe) 등을 들 수 있다. 또한, 이와 같은 금속 수식 애퍼타이트에서 기본 구조를 구성하는 애퍼타이트로는 예를 들면, 히드록시애퍼타이트, 플루오로애퍼타이트, 클로로애퍼타이트와 같은 금속염을 들 수 있다. 도 1은 금속으로서 Ti를 선택하고, 애퍼타이트로서 칼슘히드록시애퍼타이트를 선택하여 이루어지는 Ti-CaHAP의 표면 화학 구조의 모델을 나타낸다.
Ti-CaHAP에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 Ti를 수용시킴으로써 CaHAP 결정 구조 중에 Ti를 활성 중심으로 한 광촉매성 부분 구조가 형성되어 있다. 이러한 Ti-CaHAP에서는 광촉매성 부분 구조, 즉, 촉매사이트와 분해 대상물인 소정의 유기물(도시하지 않음)에 대한 흡착력이 높은 흡착 사이트가 동일 결정면상에서 원자 레벨의 스케일로 산재되어 있다. 따라서, Ti-CaHAP는 높은 흡착력과 광촉매 기능을 병유하고, 항균 작용이나 방오 작용 등을 효율적으로 발휘할 수 있다.
구체적으로 광조사 조건하에서는 Ti-CaHAP에서의 산화 티탄 모양의 촉매 사이트에서는 산화 티탄과 동일하게 흡착수로부터 히드록시 라디칼(ㆍOH)이 생성되어 있고, 흡착 사이트에는 유기물이 흡착된다. 흡착된 유기물은 표면 확산에 의해 Ti-CaHAP 표면을 이동하고, 촉매 사이트 및 그 근방에서 히드록시 라디칼에 의해서 산화 분해된다. 또한, Ti-CaHAP의 흡착 사이트에 의해 미생물이 강력하게 흡착되면 해당 미생물의 증식은 저지ㆍ억제되기 때문에, Ti-CaHAP가 광조사 조건하에 없기 때문에 촉매 사이트가 광촉매로 기능하지 않는 경우에도 상기 Ti-CaHAP는 항균성을 갖는다.
따라서, 충분량의 Ti-CaHAP 분말을 함유하는 막에 의해 예를 들면, 전자 기기의 소정 부위를 피복하면, 광조사 조건하에서는 이 피복 부위에 부착된 곰팡이나 세균 등의 세포막이나 이들 미생물로부터의 독소 등은 효율적으로 분해된다. 그 결과, 미생물이 살균되거나 또는 그 증식이 저지ㆍ억제되기도 하고, 전자 기기에서 Ti-CaHAP 함유막 피복 부위는 항균된다. 또한, 해당 피복 부위에 손가락이나 담배 타르 등이 부착되어도 이들 유기물은 효율적으로 분해된다. 그 결과, 피복 부위에 대한 유기물의 부착성이 저하되거나 또는 이 유기물을 통해 부착되어 있는 먼지 등이 제거되기도 하고, 전자 기기에서 Ti-CaHAP 함유막 피복 부위는 방오된다. 또한, 어두운 곳에서는 미생물 등이 Ti-CaHAP의 흡착 사이트의 작용에 의해 Ti-CaHAP 함유막에 강력하게 흡착된다. 그 결과, 상기 미생물의 증식은 저지ㆍ억제되고, 전 자 기기에서 Ti-CaHAP 함유막 피복 부위는 항균된다. Ti-CaHAP 함유막이 일단 광조사 조건하에 노출되면 흡착 작용에 의해 증식이 저지ㆍ억제되어 있던 미생물은 상술된 바와 같이 분해된다.
본 발명에서 사용되는 금속 수식 애퍼타이트의 애퍼타이트 결정 구조에 포함되는 전체 금속 원자에 대한 광촉매성 금속의 존재 비율은, 금속 수식 애퍼타이트의 흡착성 및 광촉매 기능 모두를 효과적으로 향상시킨다는 관점에서 3 내지 11 몰％의 범위가 바람직하다. 즉, 예를 들면, Ti-CaHAP에서는 Ti/(Ti+Ca)의 값이 0.03 내지 0.11(몰비)인 것이 바람직하다. 상기 비율이 11 몰％를 상회하면, 결정 구조가 흐트러져 버리는 경우가 있다. 상기 비율이 3 몰％를 하회하면, 과잉인 흡착 사이트에 흡착된 물질이 적은 촉매 발현 사이트에서는 충분히 처리되지 않은 상태가 되고, 촉매 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다.
도 2는, 본 발명의 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법에 사용되는 금속 수식 애퍼타이트 제조에 대한 플로우차트이다. 금속 수식 애퍼타이트의 제조에 서는 우선, 원료 혼합 공정 S11에서 금속 수식 애퍼타이트를 구성하기 위한 원료를 혼합한다. 예를 들면, 단일 수용액계에 대하여 상술된 애퍼타이트의 화학식에서 A, BOy, X 및 광촉매성 금속 이온에 상당하는 화학 종류를 각각, 소정의 양을 첨가하여 혼합한다. 금속 수식 애퍼타이트로서 Ti-CaHAP를 형성할 경우에는 Ca 공급제로서 질산칼슘 등을 사용할 수 있다. PO4 공급제로는 인산 등을 사용할 수 있다. 수산기는 후술되는 pH 조절시에 사용되는 암모니아 수용액, 수산화칼륨 수용액, 또 는 수산화나트륨 수용액과 같은 알칼리 수용액으로부터 공급된다. 광촉매성 금속으로서 Ti의 공급제로는 염화 티탄이나 황산 티탄을 사용할 수 있다.
애퍼타이트 결정 구조에 포함되는 전체 금속 원자에 있어서 광촉매성 금속의 비율은 상술된 바와 같이, 3 내지 11 몰％의 범위가 바람직하다. 따라서, 원료 혼합 공정 S11에서는 형성되는 금속 수식 애퍼타이트에 있어서 광촉매성 금속의 비율이 3 내지 11 몰％가 되도록 각 원료에 대해서 공급량을 결정하고, 공급하여야 할 상대적인 물질량을 조절하는 것이 바람직하다.
이어서, pH 조절 공정 S12에서 상술된 바와 같이 준비된 원료 용액에 대해서 목적하는 금속 수식 애퍼타이트의 생성 반응이 개시하는 pH로 조절한다. 이 pH의 조절에는 암모니아 수용액, 수산화칼륨 수용액 및 수산화나트륨 수용액 등을 사용할 수 있다. 금속 수식 애퍼타이트로서 예를 들면, Ti-CaHAP을 형성하는 경우에는 원료 용액의 pH는 8 내지 10의 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
계속해서, 생성 공정 S13에서 금속 수식 애퍼타이트의 생성을 촉진시킴으로써 목적하는 금속 수식 애퍼타이트의 결정성을 향상시킨다. 구체적으로 예를 들면, 애퍼타이트 성분 및 광촉매성 금속의 일부를 공침(共沈)시킨 원료액을 100 ℃에서 6 시간에 걸쳐 에이징함으로써 결정성이 높은 금속 수식 애퍼타이트를 얻을 수 있다. 예를 들면, Ti-CaHAP을 제조하는 경우에는 본 공정의 공침시 애퍼타이트 결정 구조에서의 Ca 위치에 Ti 이온을 수용하고, Ti-CaHAP가 성장한다.
다음으로, 건조 공정 S14에서 전공정에서 생성된 금속 수식 애퍼타이트를 건조시킨다. 구체적으로는 생성 공정 S13에서 석출된 금속 수식 애퍼타이트 분말을 여과한 후, 여과 분리된 침전을 순수한 물로 세정하여 더 건조시킨다. 바람직한 건조 온도는 100 내지 200 ℃이다. 본 공정에 의해서 원료 용액에서의 액체 성분이 금속 수식 애퍼타이트로부터 제거된다.
이와 같이 제조된 분말형 금속 수식 애퍼타이트는 필요에 따라서 소결 공정 S15에 첨부된다. 소결 공정 S15에서는 건조 공정 S14와는 별도로 금속 수식 애퍼타이트를 다시 가열시킴으로써 금속 수식 애퍼타이트를 소결한다. 소결 온도의 바람직한 범위는 580 내지 660 ℃이다. 예를 들면, Ti-CaHAP에서는 본 공정을 경유함으로써 광촉매 활성은 향상되는 경향이 있다.
도 3은, 본 발명의 금속 수식 애퍼타이트 함유막 형성 방법에 대한 플로우차트이다. 금속 수식 애퍼타이트 함유막 형성에 있어서는 우선, 전처리 공정 S21에서 분말형 금속 수식 애퍼타이트에 대하여 전처리를 실시한다. 상술된 바와 같이 얻어진 금속 수식 애퍼타이트 분말은 그 1차 입자끼리 응집하여 비교적 큰 2차 입자를 형성하기 때문에, 이와 같은 응집 상태를 풀기 위해 후술하는 무기 코팅 액재와 혼합하기 전에 상기 금속 수식 애퍼타이트 분말에 대하여 전처리를 실시한다. 구체적으로는 우선, 금속 수식 애퍼타이트를 알코올에 첨가하여 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 1 내지 15 중량％인 알코올 용액을 제조한다. 알코올로는 예를 들면, 이소프로필 알코올이나 에탄올을 사용할 수 있다. 다음으로, 이 알코올 용액에 대하여 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경이 5 ㎛ 이하가 될 때까지, 볼밀에 의한 분쇄 처리를 실시한다. 볼밀에 의한 분쇄 처리는 예를 들면, 지르코늄 제조의 10 mm 직경의 볼로 1 시간, 계속해서 5 mm 직경의 볼로 1 시간, 계속해서 3 mm 직경의 볼로 1 시간, 계속해서 1.75 mm 직경의 볼로 1 시간, 계속해서 1 mm 직경의 볼로 1 시간 행한다. 이러한 분쇄 처리를 대신하여 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경이 5 ㎛ 이하가 되도록 알코올 용액을 여과할 수도 있다. 또는 분쇄 처리에 의해 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경을 어느 정도 작게 한 후에 여과함으로써 알코올 용액에서 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경을 5 ㎛ 이하로 할 수도 있다.
다음으로, 코팅액 제조 공정 S22에서 애퍼타이트 함유 코팅액을 제조한다. 구체적으로는 상술된 바와 같이 얻어진 알코올 용액을 무기 코팅 액재에 첨가하여 이들을 혼합한다. 이 때, 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％가 되도록 알코올 용액을 무기 코팅 액재에 첨가한다. 본 발명에 있어서 금속 수식 애퍼타이트는 유기물에 대한 분해 작용이 강한 경향이 있기 때문에 코팅액의 베이스 재료로는 금속 수식 애퍼타이트에 의해 분해되지 않는 무기 코팅 액재를 사용한다. 무기 코팅 액재로는 본 실시 형태에서는 히트리스글라스를 사용한다. 히트리스글라스로는 예를 들면, ceraZ((주)다이와사 제조), 유벨 HGS(유벨에이스사 제조), 및 주제로서 알킬실록산을 포함하는 상온 경화형 무기 코팅제 S00(닛본야마무라가라스사 제조)등을 사용할 수 있다.
다음으로 도포 공정 S23에서 전자 기기 케이스의 소정 부위에 대하여 코팅액을 스프레이 도포한다. 도포 수법으로는 도포 대상에 따라서 스프레이 도포를 대신하여 코팅액으로의 침지, 스핀코팅, 또는 롤코트를 채용할 수도 있다.
이어서, 건조 경화 공정 S24에서 전자 기기 케이스의 소정 부위에 도포된 코팅액을 건조 경화시킨다. 본 실시 형태에서는 코팅액의 베이스 재료로서 히트리스 글라스를 사용하고 있기 때문에, 본 공정에서는 과대한 가열을 할 필요는 없다.
이와 같이 하여 전자 기기 케이스의 소정 부위에 형성된 금속 수식 애퍼타이트 함유막은 2차 입경이 5 ㎛ 이하인 금속 수식 애퍼타이트 분말을 0.01 내지 5 중량％의 함유율로 포함하고 있다. 이러한 구성의 금속 수식 애퍼타이트 함유막은 전자 기기 케이스에 필요한 충분한 항균성이나 방오성을 갖는다. 아울러, 이러한 구성의 금속 수식 애퍼타이트 함유막은 실질적으로 투명하고, 또한 금속 수식 애퍼타이트 입자가 부당하게 큰 응집체를 갖지 않기 때문에 전자 기기 케이스에서 외관적인 문제점은 발생되지 않는다.
다음으로 본 발명의 실시예에 대해서 비교예와 함께 설명한다.
<실시예 1>
<금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성>
금속 수식 애퍼타이트로서 Ti-CaHAP 분말(평균 2차 입경 5.7 ㎛, Ti 비율 10 몰％)에 대하여 전처리를 실시하였다. 구체적으로는 우선, 상기 금속 수식 애퍼타이트를 이소프로필알코올(IPA)에 첨가하여 Ti-CaHAP 함유율이 5 중량％인 알코올 용액을 제조하였다. 계속해서, 이 알코올 용액에 대하여 볼밀에 의한 분쇄 처리를 실시하였다. 볼밀에 의한 분쇄 처리는 지르코늄 제조의 10 mm 직경인 볼로 1 시간, 계속해서 5 mm 직경인 볼로 1 시간, 계속해서 3 mm 직경인 볼로 1 시간, 계속해서 1.75 mm 직경인 볼로 1 시간, 계속해서 1 mm 직경인 볼로 1 시간 행하였다. 이러한 분쇄 처리에 의해, Ti-CaHAP의 평균 2차 입경은 3.5 ㎛가 되고, 알코올 용액에서 Ti-CaHAP의 분산성이 높아졌다. 다음으로, 알코올 용액을 여과하고, 2차 입경 2.5 ㎛ 이하인 Ti-CaHAP를 함유하는 알코올 용액을 얻었다.
이 알코올 용액 0.2 g을 무기 코팅 액재로서의 상온 경화형 무기 코팅제(닛본 야마무라가라스사 제조의 상품명 S00의 액재와 상품명 UTE01의 액재를 10:1로 혼합시킨 것) 2 g에 첨가하여 혼합하였다. 다음으로, 이와 같이 제조된 코팅액을 소정의 전자 기기 케이스에 대하여 스프레이 도포하였다. 이것을 건조 경화시킴으로써 전자 기기 케이스 표면에 Ti-CaHAP 함유막을 형성할 수 있었다. 본 실시예의 Ti-CaHAP 함유막은 충분한 투명성을 갖고 있었다. 또한, 본 실시예의 Ti-CaHAP 함유막에서는 케이스 표면의 질감을 손상시키는 것과 같은 Ti-CaHAP 입자 응집체는 관찰되지 않았다.
<광촉매 활성의 평가>
본 실시예의 Ti-CaHAP 함유막의 광촉매 활성을 메틸렌 블루 분해 시험에 의해 조사하였다. 구체적으로는 우선, 상술된 바와 동일한 수법에 의해 유리플레이트(100×100 mm)의 소정 부위에 Ti-CaHAP 함유막을 형성하고, 상기 유리플레이트를 10 ㎛의 메틸렌 블루 수용액에 침지하여 염색하였다. 이어서, 이와 같이 염색된 유리플레이트에 대하여 10 mW/cm2의 자외선 램프(조사 파장 영역 200 내지 400 nm)를 12 시간 조사하였다. 그렇게 하면, Ti-CaHAP 함유막이 형성되어 있는 부위는 퇴색되고, 형성되지 않은 부위는 퇴색되지 않아서 본 실시예의 Ti-CaHAP 함유막은 광촉매 기능에 기초한 분해 작용을 갖고 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 자외선 조사의 전후에 유리플레이트의 투과율을 측정하였더니 도 4의 결과를 얻을 수 있었 었다.
도 4에 의하면, 자외선 조사에 의해 메틸렌 블루 유래의 흡수가 소실되어 있는 것을 이해할 수 있었다. 이것은 Ti-CaHAP 함유막의 광촉매 기능에 의해서 메틸렌 블루가 분해된 것을 시사하는 것이다. 또한, Ti-CaHAP 함유막이 형성되어 있지 않은 유리플레이트만의 가시 영역에서의 투과율은 90 ％ 정도이고, 도 4에 나타낸 바와 같이, Ti-CaHAP 함유막이 형성되어 있는 동일한 유리플레이트의 가시 영역에서의 투과율은 85 ％ 정도이기 때문에, 본 실시예에 관한 Ti-CaHAP 함유막은 실질적으로 투명하다는 것을 이해할 수 있었다.
<비교예 1, 2>
알코올 용액에서 Ti-CaHAP 함유율을 5 중량％을 대신하여 10 중량％(비교예 1)또는 15 중량％(비교예 2)로 한 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, Ti-CaHAP에 대한 전처리 공정에서 건조 경화 공정까지를 행함으로써 유리플레이트상에 Ti-CaHAP 함유막을 형성하였다. 이러한 Ti-CaHAP 함유막에 대해서 실시예 1과 동일하게 하여 가시 영역의 투과율을 측정하였더니 비교예 1의 Ti-CaHAP 함유막에서는 가시 영역의 일부에서 투과율 90 ％를 하회하는 파장 영역이 확인되었다. 비교예 2의 Ti-CaHAP 함유막에서는 가시 영역의 전부에서 투과율 90 ％를 하회하였다.
<비교예 3 내지 5>
볼밀에 의한 분쇄 처리 공정 후에 행하는 여과 공정에서, 2차 입경 2.5 ㎛ 이하를 대신하여 8 ㎛ 이하 (비교예 3), 11 ㎛ 이하(비교예 4) 또는 25 ㎛ 이하(비교예 5)인 Ti-CaHAP를 함유하는 알코올 용액을 얻은 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 Ti-CaHAP에 대한 전처리 공정에서 건조 경화 공정까지를 행함으로써 전자 기기 케이스 표면에 Ti-CaHAP 함유막을 형성하였다. 그 결과, 비교예 3의 Ti-CaHAP 함유막에서는 Ti-CaHAP 입자 응집체가 산견되고, 케이스 표면의 질감은 손상되어 있었다. 비교예 4, 5의 Ti-CaHAP 함유막에서는 비교예 3보다도 다수의 Ti-CaHAP 입자 응집체가 관찰되고, 케이스 표면의 질감은 현저하게 손상되어 있었다.
이상의 정리에서 본 발명의 구성 및 변화를 이하에 추가로 열거한다.
(부기 1) 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅 액재를 포함하고, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％인 금속 수식 애퍼타이트 함유 코팅액을 기재에 대하여 도포하는 것을 특징으로 하는 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
(부기 2) 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅 액재를 혼합함으로써, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％인 금속 수식 애퍼타이트 함유 코팅액을 얻는 제조 공정과,
상기 금속 수식 애퍼타이트 함유 코팅액을 기재에 대하여 도포하는 도포 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
(부기 3) 부기 2에 있어서, 상기 제조 공정 전에 분말형 금속 수식 애퍼타이트를 알코올 용매에 분산시키는 전처리 공정을 더 포함하고, 상기 제조 공정은 알코올 용매에 분산되어 있는 금속 수식 애퍼타이트를 무기 코팅 액재에 첨가하는 공정을 포함하는 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
(부기 4) 부기 3에 있어서, 상기 전처리 공정에서 상기 알코올 용매에 있어 서 상기 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경이 5 ㎛ 이하가 되도록 볼밀에 의한 분쇄 및(또는) 여과를 행하는 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
(부기 5) 부기 1에서 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 수식 애퍼타이트는 칼슘히드록시애퍼타이트의 Ca의 일부가 Ti로 치환된 화학 구조를 갖는 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
(부기 6) 부기 1에서 3 및 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경은 5 ㎛ 이하인 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
(부기 7) 부기 1에서 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 코팅 액재는 히트리스글라스인 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
(부기 8) 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅 액재를 포함하고, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율은 0.01 내지 5 중량％인 것을 특징으로 하는 코팅액.
(부기 9) 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 무기 코팅재를 포함하고, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％인 금속 수식 애퍼타이트 함유막에 의해 피복된 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
(부기 10) 부기 9에 있어서, 상기 금속 수식 애퍼타이트는 칼슘히드록시애퍼타이트의 Ca의 일부가 Ti로 치환된 화학 구조를 갖는 전자 기기.
(부기 11) 부기 10에 있어서, 상기 금속 수식 애퍼타이트에 있어서, Ca 및 Ti의 합계에 대한 Ti의 비율은 3 내지 11 몰％인 전자 기기.
(부기 12) 부기 9에서 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 수식 애퍼타이 트의 2차 입경은 5 ㎛ 이하인 전자 기기.
본 발명에 의하면, 금속 수식 애퍼타이트가 갖는 항균 작용 또는 방오 작용 등을 충분하게 발휘하면서 투명성이 우수한 금속 수식 애퍼타이트 함유막을 형성할 수 있다. 이러한 막에 의해 표면 코팅이 실시되고 있는 부위를 갖는 전자 기기에 서 상기 부위는 그 기초 도장색이나 표면 질감을 손상시키지 않고 양호하게 항균 또는 방오될 수 있다.
Claims (5)
- 애퍼타이트 결정 구조에 포함되는 금속 원자의 일부가 광 촉매성 금속 원자인 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 투명한 무기 코팅 액재를 포함하고, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％인 금속 수식 애퍼타이트 함유 코팅액을 기재에 대하여 도포하는 것으로 이루어지고, 상기 금속 수식 애퍼타이트는 칼슘히드록시애퍼타이트의 Ca의 일부가 Ti로 치환된 화학 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 2차 입경(1차 입자가 응집하여 이루어지는 응집 입자의 입경)이 5 ㎛ 이하인 금속 수식 애퍼타이트 함유막의 형성 방법.
- 애퍼타이트 결정 구조에 포함되는 금속 원자의 일부가 광 촉매성 금속 원자인 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 투명한 무기 코팅 액재를 포함하고, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율은 0.01 내지 5 중량％이며, 상기 금속 수식 애퍼타이트는 칼슘히드록시애퍼타이트의 Ca의 일부가 Ti로 치환된 화학 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 코팅액.
- 애퍼타이트 결정 구조에 포함되는 금속 원자의 일부가 광 촉매성 금속 원자인 분말형 금속 수식 애퍼타이트와 투명한 무기 코팅재를 포함하고, 상기 금속 수식 애퍼타이트의 함유율이 0.01 내지 5 중량％인 금속 수식 애퍼타이트 함유막에 의해 피복된 부위를 갖고, 상기 금속 수식 애퍼타이트는 칼슘히드록시애퍼타이트의 Ca의 일부가 Ti로 치환된 화학 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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