KR100686205B1 - 고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘 화합물과 염기를 반응하여 침전 및 세척한 다음, 저온 소성하여 산화마그네슘을 제조하고, 상기 제조된 산화마그네슘을 특정의 지방산과 석유계 용제를 이용하여 표면을 캡핑(capping)처리하는 일련의 공정으로, 구형이고, 균일한 나노 입자 크기를 가져 단위 부피 당 차지하는 입자의 표면적이 클 뿐만 아니라 표면처리에 의해 유계 용제내에서 분산성이 종래에 비해 월등히 향상되어, 내열 재료, 고온 절연 및 광학 등의 여러 산업 분야 특히, 연료 첨가제 분야에 매우 유용한 고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조 방법에 관한 것이다.

저온 소성, 표면처리, 친유성, 산화마그네슘 나노입자

Description

고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조 방법{Synthesis of magnesium oxide nano-particles with high oil-solubility}

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 산화마그네슘의 SEM 사진을 나타낸 것이다.

도 2는 비교예 1에 의해 제조된 산화마그네슘의 SEM 사진을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 산화마그네슘의 X선 회절 분석(XRD)을 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 실시예 1 ∼ 12에서 제조된, 지방산으로 표면 처리한 산화마그네슘 형상을 나타낸 것이다.

도 5는 분산도 측정 방법을 도식화하여 나타낸 것이다.

[도 5의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

(1) : 산화마그네슘을 분산 0시간 후 (2) : 분산한 후 10일 경과

(3) : 분산시키지 않은 경우

(A) : 분산매에 분산된 산화마그네슘 용액 부분

(B) : 가라앉은 산화마그네슘 부분

본 발명은 고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마그네슘 화합물과 염기를 반응하여 침전 및 세척한 다음, 저온 소성하여 산화마그네슘을 제조하고, 상기 제조된 산화마그네슘을 특정의 지방산과 석유계 용제를 이용하여 표면을 캡핑(capping)처리하는 일련의 공정으로, 구형이고, 균일한 나노 입자 크기를 가져 단위 부피 당 차지하는 입자의 표면적이 클 뿐만 아니라 표면처리에 의해 유계 용제내에서 분산성이 종래에 비해 월등히 향상되어, 내열 재료, 고온 절연 및 광학 등의 여러 산업 분야 특히, 연료 첨가제 분야에 매우 유용한 고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조 방법에 관한 것이다.

산화마그네슘(MgO)은 융점이 높고, 고온에서 내염기성 및 전기절연성이 뛰어나고, 열팽창계수 및 열전도율이 크고, 더욱이 빛의 투과율이 높으며, 값이 싸다는 장점이 있다. 이러한 이유로 내열재료, 고온절연재료, 고온광학, 조명재료 등의 산업 분야에서 널리 이용되고 있다.

현재, 산화마그네슘(MgO)은 교류형 플라즈마 디스플레이 패널의 보호막 재료로써 매우 얇은 막 형태로 코팅하여 사용하거나, 절연분말인 산화마그네슘을 넣어 함께 충진함으로 외부의 물리적인 충격에도 강하고 전기열에너지의 효율성을 높이는 등 여러 방면에서 연구가 시도되고 있다. 또한, 산화마그네슘을 나노 크기로 작게 하여 여러 분야에 응용하고 있다. 그러나, 기존의 나노 크기의 산화마 그네슘을 제조하는데 있어서 건조과정 시 입자간의 응집이 발생하는데, 이는 단위 부피에 해당하는 유효 표면적을 작게 하는 문제를 갖고 있기 때문에 입자간의 응집을 최소화하는 과정이 요구되고 있는 실정이다.

한편, 산화마그네슘을 연료 첨가제로 사용하는 경우 ⑴ 연료유(fuel oil) 배관을 깨끗이 하고, ⑵ 슬러지 발생을 줄이고, ⑶ 퇴적이나 침식에 대한 보호, ⑷ 고체 배출가스를 줄이고, ⑸ NOx 등이 배기가스를 줄이고, ⑹ 보일러의 효율 증가 등의 효과를 얻을 수 있다.

중유 내에 함유된 나트륨, 바나듐, 니켈 등의 회분은 연소 후, 화실 내에 고체 퇴적물이 형성이 되고, 또한 중유에 함유된 회분 중에 함유된 가장 유해한 금속인 바나듐(V), 나트륨(Na) 등은 연소 후, 그 산화물은 용융점이 낮아 점착성 물질이 되어 열교환부 튜브에 부착되고 각종 연소 생성물을 흡착시킬 뿐만 아니라 그 크기가 성장하게 되며, 고온 환경에서는 열교환 튜브를 부식시키게 되는 단점이 있다. 이와 같은 단점으로 인하여 열교환 설비에서 전열량을 감소시켜 열전달 성능 저하뿐만 아니라 수명저하, 파손 등의 심각한 문제를 야기 시키게 되는 것이다.

또한, 중유 중에 함유된 유황성분은 연소 후, 황산화물이 되고 그중 일부가 저온부에서 결로되어 황산으로 전환되며, 결로점(dew point)이하에서 설비를 부식시키게 된다. 고온 및 저온의 부식은 설비의 유지 보수 관련 비용을 증가시키며 정비 주기를 단축시켜 전반적이 효율 저하의 중요한 원인이 된다.

이에, 산화마그네슘을 중유첨가제로 사용하면 열 효율저하 및 환경오염 유발물질로 배출되는 미연탄소(SOOT) 및 회분(ASH)의 대폭적인 절감과, 그 유해성을 줄 일 수 있기 때문에 친환경적이고, 에너지 절약적인 응용 분야라고 할 수 있다. 이와 관련한 공개된 문헌을 살펴보면 다음과 같다.

종래의 미국특허 제 3002825호(1961)에서는 금속 화합물과 칼슘 설포네이트(calcium sulfonate)의 에멀젼(emulsion) 형태의 첨가제를 사용하여 오일(oil)과 혼합하여 사용하였으며, 일본 특허공개 공보 제 1986(소61)-250416호, 일본 특허공개 공보 제 1987(소62)-77508호에는 수산화마그네슘을 물 또는 오일에 분산시켜 연료 첨가제를 만들어 연료 속에 첨가하여 사용하였다. 이와 같은 형태의 연료 첨가제는 첨가제 내에 포함되는 금속화합물의 침전이나 입자의 엉김 현상 등이 발생하여 배관부분이나 노즐부분을 마모시키고 입자가 균일하지 않아서 투입된 연료 첨가제의 양에 비해 효율이 저하되는 경우가 있었다.

종래에는 첨가제 내의 마그네슘 함량이 미국특허 제 4056479호(1977)에서는 12.5 ∼ 14.6%이었으며, 미국특허 제 6197075호(2001)에서는 14 ∼ 18%를 함유하였다. 이와 같은 첨가제는 마그네슘화합물에 술폰산(sulfonic acid), 페놀(phenol), 카르복시산(carboxylic acid)을 첨가하고 물과 알코올을 용매로 하고 10 ℃에서 교반하여 형성된 마그네슘-술포네이트(sulfonate), 마그네슘-카르복실레이트(carboxylate), 마그네슘-페네이트(phenate) 등이거나 이들의 혼합물로 이루어졌다.

이러한 금속화합물을 석유계 용제 등에 분산시켜 만든 연료 첨가제는 연료유와의 혼합이 용이하고 분산성도 양호하기 때문에 연료 첨가제로써 안정성도 양호하다. 그러나, 연료유에 함유되어 있는 유해성분과의 접촉 효율이 낮으며 마그네 슘의 지방산염 화합물은 분자량 중의 마그네슘이 차지하는 비율이 20 중량% 이하이므로 본질적으로 높은 함량의 첨가제를 제조하는 데 한계가 있으며, 또한 가격이 고가라는 단점이 있다.

즉, 고농도를 유지하는 연료 첨가제를 사용할 경우 연료유에 포함되어 있는 유해성분과 접촉하고 고체의 퇴적물의 생성을 방지하여 연소로의 효율을 증가시킨다. 따라서 연료 첨가제로 사용되기 위해서는 첨가제에 포함되어 있는 금속 성분의 함유량이 높아야 한다.

또한, 한국 공개 특허 제 1986-0009378호에서는 수분이 함유된 금속 산화물 또는 수산화물에 산으로 흡착 처리한 후, 미립자의 금속산화물에 함유되어 있는 물을 제거하기 위해 건조과정을 거친 후 용제에 분산시켜 첨가제를 만들었으나, 이는 고온 건조에서는 흡착 처리한 유기물의 분해를 일으키고 저온에서는 충분한 건조가 되지 않는 단점을 가지고 있으며, 건조과정에서 수분에 의한 입자간의 응집현상을 가져올 수 있다.

일반적으로 건조 과정은 젤의 기공 내에 액체와 증기가 공존하게 되고 액체가 증발함에 따라 기-액 계면에 표면장력에 의한 메니스커스(meniscus)가 형성된다. 이때, 기공내 기-액 계면에서의 모세관압력(capillary pressure)은 매우 크며 이 힘은 젖은 기공 벽과 메니스커스(meniscus)가 만나는 매우 작은 지역에 작용하므로 이러한 국부적인 힘에 의하여 젤이 수축하게 되고 나노 입자의 경우는 이들 입자들이 뭉쳐 단단한 구조를 이룬다. 물은 에탄올보다 분자들끼리 응집력이 강하므로 모세관 압력이 크게 되고 나노 입자들을 보다 세게 뭉치게 하는 작용 을 한다. 이러한 입자간의 응집현상은 결과적으로 첨가제 내에 포함하고 있는 금속 성분의 농도에 비해 상대적으로 효율을 저하시키게 된다.

결론적으로, 이상에서 살펴본 바와 같이 종래에 공개된 문헌들에서는 금속화합물 입자의 크기가 균일하지 않거나, 충분히 작지 않아서 단위 부피에 차지하는 입자의 표면적이 작은 단점이 있었으며, 고농도를 유지하는데 한계가 있어 그 효율성이 저하되는 경향을 보이고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 종래의 산화마그네슘 입자의 크기, 형태, 분산성 및 제조공정상의 한계성을 극복하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 마그네슘 화합물과 염기를 반응하여 침전된 콜로이드상의 수산화마그네슘을 알코올로 세척하는 공정, 이를 건조 및 저온 소성하여 산화마그네슘을 제조하는 공정 및 C₁₀ ∼ C₃₀의 지방산과 석유계 용제를 이용하여 산화마그네슘의 표면을 캡핑(capping)처리하는 일련의 공정을 통하여 제조된 산화마그네슘은 나노 사이즈의 균일한 크기를 나타내고, 구형의 형태를 가지고, 단위 부피 당 차지하는 입자의 표면적이 크며, 표면처리에 의해 분산성이 향상된다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 구형의 나노 크기의 균일한 입자 크기를 가지고, 분산성이 향상된 고농도의 친유성을 갖는 산화마그네슘 나노입자를 제조하는 방법을 제공 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 수용액상에서 마그네슘 화합물과 알카리금속 또는 암모늄 양이온을 함유하는 염기를 반응하여 수산화마그네슘을 제조하고 침전시키는 1 단계;

상기 침전된 수산화마그네슘을 친수성 유기용매로 세척한 후, 40 ∼ 200 ℃ 온도에서 건조하여 나노 크기의 수산화마그네슘을 제조하는 2 단계;

상기 제조된 미립자의 수산화마그네슘을 400 ∼ 800 ℃ 온도에서 소성하여 산화마그네슘을 제조하는 3 단계;

상기 제조된 산화마그네슘과, C₁₀ ∼ C₃₀의 지방산과 석유계 용제를 100 ∼ 300 ℃ 온도에서 교반 및 분산하여 표면이 캡핑(capping)된 콜로이드상의 산화마그네슘 나노입자를 제조하는 4 단계를 포함하여 이루어진 고 친유성 산화마그네슘 나노입자의 제조방법에 그 특징이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 침전, 저온소성 및 표면처리방법을 이용하여 구형의 나노 입자 크기를 가지고, 단위 부피 당 차지하는 입자의 표면적이 크며, 표면처리에 의해 유계 용제내에서 분산성이 종래에 비해 월등히 향상되어 연료 첨가제로 사용하는데 적합한 산화마그네슘 나노입자의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 산화마그네슘 나노 입자를 제조하는 방법을 각 단계별로 구 체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 수용액상에서 마그네슘 화합물과 염기를 반응하여 콜로이드상의 수산화마그네슘을 제조하여 침전(precipitation)시킨다.

상기 마그네슘 화합물은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 본 발명에서는 질산마그네슘, 염화마그네슘, 황산마그네슘 및 아세트산마그네슘 형태의 화합물 중에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 염기로는 알카리금속 또는 암모늄 양이온을 함유하는 물질을 사용하는 것이 바람직한 바, 이러한 염기는 나트륨, 칼륨 및 암모늄의 수산염 또는 탄산염 형태 즉, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산암모늄 등이 사용될 수 있다.

상기한 염기는 마그네슘 화합물에 대하여 1 ∼ 3 당량비를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 사용량이 1 당량비 미만이면 생성되는 양에 비해 과량의 물을 함유하고 있어 비효율적이고, 3 당량비를 초과하는 경우에는 반응 시 고농도의 염기가 들어가 입자의 크기가 커지는 문제가 발생한다.

또한, 상기 마그네슘 화합물 수용액과 염기 수용액의 농도는 각각 5 ∼ 50 중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 사용량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 침전 형성에 문제가 있고, 수율이 낮아지고, 입자가 커지는 문제가 발생하므로 상기 범위 내에서 유지하는 것이 좋다. 이때, 반응온도는 일반적으로 상온이며 바람직하기로는 15 ∼ 25 ℃ 정도를 유지하는 것이 좋다. 반응은 순간적으로 일어나나, 경우에 따라서는 침전의 숙성을 위하여 3 ∼ 24 시간동안 반응온도에서 유지하는 것이 좋다.

다음으로, 상기에서 침전된 수산화마그네슘을 친수성 유기용매로 세척한 후, 건조하여 나노 크기의 수산화마그네슘을 제조한다.

상기 친수성 유기용매에 의한 세척과정은 침전된 수산화마그네슘의 응집을 최소화하기 위하여 수행되는 것으로, 친수성 유기용매 이외에 증류수 등과 다른 화합물을 세척 용매로 사용하는 경우에는 분자들끼리 응집력을 강하게 하여 나노 입자들을 보다 세게 뭉치게 하는 작용을 하여 입자간의 응집이 형성되므로 분산성에 큰 영향을 미치게 된다. 친수성 유기용매는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 낮은 온도에서도 휘발성이 강한 것을 고려하여, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 아세트나이트릴, 에틸아세테이트 등을 사용하는 것이 좋다.

상기 침전된 수산화마그네슘은 40 ∼ 200 ℃ 온도에서 건조과정이 수행되는 바, 상기 건조 온도가 40 ℃ 미만이면 완전한 건조가 되지 않고, 200 ℃를 초과하는 경우에는 온도에 의한 입자가 응집이 되는 문제가 발생하므로 상기 범위내에서 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 건조 과정으로 형성된 수산화마그네슘의 입자는 나노 크기이며, 바람직하기로는 30 ∼ 50 ㎚ 정도의 미립자 크기를 유지하게 된다.

다음으로, 상기 제조된 미립자의 수산화마그네슘을 저온에서 소성하여 산화마그네슘을 제조한다.

일반적인 소성은 800 ℃ 이상, 즉 800 ∼ 1200 ℃ 범위에서 수행되나, 본 발 명은 나노입자를 형성하고 입자의 엉김을 방지하기 위하여 400 ∼ 800 ℃ 정도의 저온에서 소성과정이 수행된다. 만약, 일반적인 소성온도에서 수행되는 경우에는 입자의 크기가 커지고 엉김 현상이 발생하여 단위 부피 당 차지하는 표면적이 줄어들어 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 본 발명에 목적으로 하는 산화마그네슘을 제조하기 어려운 문제가 있다. 상기 소성온도가 400 ℃ 미만이면 수산화마그네슘을 포함하고 있어 완전한 산화마그네슘을 얻을 수 없고, 800 ℃를 초과하는 경우에는 입자가 커지거나 엉기는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 중요하다.

다음으로, 상기 소성하여 제조된 산화마그네슘과, 특정의 지방산과 석유계 유기 용제를 사용하여 교반 및 분산하여 표면이 캡핑(capping) 처리된 콜로이드 상의 산화마그네슘 나노입자를 제조한다.

이는 다음 도 4에 나타낸 바와 같이, 지방산과 석유계 유기 용제가 입자의 표면을 덮은 형태를 나타내어 입자들끼리 밀어내는 반데르발스 힘을 작용케 함으로써, 산화마그네슘의 분산성과 연료유에 안정성을 향상시키게 된다. 이러한 표면 처리를 위해 지방산과 석유계 유기 용제를 선택 사용하는 이유는 친유성을 갖으며, 또한 이들을 혼합하여 사용하는 것은 입자의 엉김을 최소화하고 분산성을 향상시키는 효과를 얻고, 이들의 상승효과에 의한 효율성을 얻기 위함이다.

상기 표면 처리에 사용하는 지방산은 긴 탄화수소 사슬을 갖는 것으로 C₁₀ ∼ C₃₀인 포화 또는 불포화 지방산으로 구체적으로 예를 들면, 스테아린산, 라우린 산, 올레인산 등이 사용될 수 있다. 이러한 지방산은 상기 산화마그네슘에 대하여 40 ∼ 60 중량% 사용하며, 상기 사용량이 40 중량% 미만이면 완전한 캡핑이 이루어지지 않아 분산성이 떨어지고, 60 중량%를 초과하는 경우에는 산화마그네슘 콜로이드용액의 유동성이 떨어지므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.

상기 지방산과 함께 표면처리에 사용되는 석유계 용제는 일반적인 석유계 용제 중 표면처리에 적합한 반응온도를 유지하기 위해서 비점이 100 ∼ 300 ℃인 물질을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면 톨루엔, 자일렌, 등유, 경유 및 중유 중에서 선택 사용할 수 있다. 이러한 석유계 용제는 상기 산화마그네슘에 대하여 1.5 ∼ 5 중량비로 사용하며, 상기 사용량이 1.5 중량비 미만이면 제조 시 교반이 어려우며 산화마그네슘 콜로이드용액의 유동성이 떨어지고, 5 중량비를 초과하는 경우에는 용액 내에 포함되는 산화마그네슘의 함량이 적어지는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.

이때, 교반온도는 100 ∼ 300 ℃ 온도를 유지하는 바, 온도가 100 ℃ 미만이면 완전한 캡핑이 이루어지지 않아서 분산성이 다소 좋지 않고, 300 ℃를 초과하는 경우에는 지방산이 증발하거나 특성이 변하는 문제가 발생한다.

상기에서 제조된 콜로이드상의 산화마그네슘 입자는 농도가 20 중량% 이상으로 종래의 10 ∼ 17 중량% 정도에 비해 매우 우수한 수치를 나타내어 종래에 비해 그 효율성을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 콜로이드상의 산화마그네슘 나노입자는 여과 및 건조 과정을 거쳐 입자상의 산화마그네슘 나노입자를 제조할 수 있다. 상기 건조 시 온도는 50 ∼ 100 ℃를 유지하는 것이 좋으며, 상기 온도를 벗어나는 경우에는 건조 효율과 입자가 응집이 되는 문제가 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 방법으로 제조된 산화마그네슘 입자는 구형이고, 균일한 30 ∼ 50 ㎚ 범위의 나노 입자 크기를 가지므로 단위 부피당 차지하는 입자의 표면적이 크며, 또한, 표면처리에 의해 유계 용제내에서 분산성이 종래에 비해 월등히 향상되어, 연료 첨가제로 사용하는데 매우 적합하다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

15%의 질산마그네슘(Mg(NO₃)·6H₂O) 수용액 2800 mL에, 40%의 수산화나트륨(NaOH) 450 mL을 첨가하여 상온에서 교반하여 생성된 침전물을 에탄올 1000 mL로 세척하고 70 ℃에서 건조하여 나노 입자의 수산화마그네슘을 얻었다. 이를 600 ℃에서 소성을 하여 50 ㎚이하 크기의 균일한 산화마그네슘을 얻었다. 상기에서 제조된 산화마그네슘의 SEM 사진과 XRD를 다음 도 1과 도 3에 각각 나타내었다.

상기에서 제조된 산화마그네슘 10 g, 등유(kerosene) 25 mL, 올레인산 7 mL을 혼합하고 190 ℃에서 30분 교반한 후 원심분리기를 이용하여 분리하고 70 ℃에서 건조하여 표면 처리된 산화마그네슘 분말을 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 산화마그네슘 10 g, 등유(kerosene) 25 mL, 올레인산 6 mL을 혼합하고 190 ℃에서 30분 교반한 후 원심분리기를 이용하여 분리하고 70 ℃에서 건조하여 표면 처리된 산화마그네슘 분말을 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 산화마그네슘 10 g, 등유(kerosene) 25 mL, 올레인산 5 mL을 혼합하고 190 ℃에서 30분 교반한 후 원심분리기를 이용하여 분리하고 70 ℃에서 건조하여 표면 처리된 산화마그네슘 분말을 제조하였다.

실험예 1

상기 실시예 1 ∼ 3에서 제조된 산화마그네슘 분말을 등유에 분산시켜 분산도를 측정하였다. 상기 분산도는 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

[측정방법]

분산도 : 10 mL의 등유에 1 g의 표면 처리된 산화마그네슘 분말을 등유에 분산시켜 10일이 지난 후 가라앉지 않고 분산매에 분산되어있는 산화마그네슘을 측정한 것으로, 다음 도 5에 나타낸 바와 같이 측정한 다음, 하기의 수학식 1에 의해 계산된 것이다.

구 분	산화마그네슘 (g)	지방산 (mL)	등유 (mL)	분산도 (%)
실시예 1	10	7	25	90
실시예 2	10	6	25	90
실시예 3	10	5	25	80

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 산화마그네슘 입자는 분산매인 등유에 80 % 이상의 분산도를 가진다는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 4

15%의 질산마그네슘(Mg(NO₃)·6H₂O) 수용액 2800 mL에 40%의 수산화나트륨(NaOH) 450 mL을 첨가하여 상온에서 교반하여 생성된 침전물을 에탄올 1000 mL로 세척하고 70 ℃에서 건조하여 나노 입자의 수산화마그네슘을 얻었다. 이를 600 ℃에서 소성을 하여 50 ㎚ 이하 크기의 균일한 산화마그네슘을 얻었다.

상기에서 얻어진 산화마그네슘 10 g 에, 등유(kerosene) 16 mL와 올레인산 6 mL을 혼합하고 190 ℃에서 교반하여 산화마그네슘 콜로이드 용액을 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 산화마그네슘 10 g, 등유(kerosene) 18 mL, 올레인산 6 mL을 혼합하고 190 ℃에서 교반하여 산화마그네슘 콜로이드 용액을 제조하였다.

실시예 6

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 산화마그네슘 10 g, 등유(kerosene) 19 mL, 올레인산 5.5 mL을 혼합하고 190 ℃에서 교반하여 산화마그네슘 콜로이드 용액을 제조하였다.

실시예 7

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 산화마그네슘 10 g, 등유(kerosene) 18 mL, 올레인산 5 mL을 혼합하고 190 ℃에서 교반하여 산화마그네슘 콜로이드 용액을 제조하였다.

실험예 2

상기 실험예 1과 동일하게 실시하되, 실시예 4 ∼ 7에서 제조된 산화마그네슘 콜로이드 용액 중 산화마그네슘 1 g에 해당하는 양을 등유에 분산시켜 분산도를 측정하고 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

구 분	산화마그네슘 (g)	석유계 용제 (mL)	지방산 (mL)	분산도 (%)
실시예4	10	16	6	90
실시예5	10	18	6	90
실시예6	10	19	5.5	80
실시예7	10	18	5	75

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 산화마그네슘 콜로이드용액은 75 % 이상의 분산도를 나타낸 다는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 8

상기 실시예 6과 동일하게 실시하되, 교반온도를 180 ℃에서 교반하여 산화마그네슘 콜로이드 용액을 제조하였다. 분산도는 상기 실험예 2와 동일하게 실시하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다.

실시예 9

상기 실시예 6과 동일하게 실시하되, 200 ℃에서 교반하여 산화마그네슘 콜로이드 용액을 제조하였다. 분산도는 상기 실험예 2와 동일하게 실시하였으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.

구 분	온도 (℃)	분산도 (%)
실시예 8	180	75
실시예 9	200	85

실시예 10

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 염기인 NaOH 대신에 40% 수용액 KOH 650 mL를 사용하여 산화마그네슘을 제조하였다. 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정한 분산도는 90%였다.

실시예 11

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 염기인 NaOH 대신에 20% NH₄OH 820 mL를 사용하여 산화마그네슘을 제조하였다. 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정한 분산도는 85%였다.

실시예 12

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 에탄올 대신에 아세톤으로 세척하여 산화마그네슘 입자를 제조하였다. 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정한 분산도는 90%였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 에탄올 대신에 증류수로만 세척하여 산화마그네슘 입자를 나타내었다. 상기에서 제조된 산화마그네슘의 SEM 사진을 도 2에 나타내었다. 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정한 분산도는 30%였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 소성 후의 산화마그네슘을 등유와 올레인산으로 표면 처리하는 과정을 거치지 않았다. 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 측정한 분산도는 0%였다.

비교예 3

상기 실시예 6과 동일하게 실시하되, 올레인산을 넣지 않고 산화마그네슘 콜로이드 용액을 제조하였다. 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 측정한 분산도는 0%였다.

비교예 4

상기 실시예 6와 동일하게 실시하되, 교반 온도를 80 ℃로 하여 산화마그네슘 콜로이드 용액을 제조하였다. 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 측정한 분산도는 25%였다.

상기 비교예 1 ∼ 4의 분산도 결과에서 보듯이, 본 발명의 조건에서 벗어난 경우 분산도가 30 %이하로, 본 발명의 실시예 1 ∼ 12에 비해 약 1/3 이하의 저하된 수치를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 산화마그네슘 입자는 구형이고, 균일한 30 ∼ 50 ㎚ 범위의 나노 입자 크기를 가지므로 단위 부피당 차지하는 입자의 표면적이 크며, 또한 표면처리에 의해 유계 용제내에서 분산성이 종래에 비해 월등히 향상되어, 내열 재료, 고온 절연 및 광학 등의 여러 산업 분야뿐만 아니라 특히, 연료 첨가제 분야에 매우 유용할 것으로 기대된다.

Claims (10)

1. 수용액상에서 마그네슘 화합물과 알카리금속 또는 암모늄 양이온을 함유하는 염기를 반응하여 수산화마그네슘을 제조하고 침전시키는 1 단계;

   상기 침전된 수산화마그네슘을 친수성 유기용매로 세척한 후, 40 ∼ 200 ℃ 온도에서 건조하여 30 ∼ 50 ㎚ 범위의 수산화마그네슘을 제조하는 2 단계;

   상기 제조된 미립자의 수산화마그네슘을 400 ∼ 800 ℃ 온도에서 소성하여 산화마그네슘을 제조하는 3 단계;

   상기 제조된 산화마그네슘과, C₁₀ ∼ C₃₀의 지방산과 석유계 용제를 100 ∼ 300 ℃ 온도에서 교반 및 분산하여 표면이 캡핑(capping)된 콜로이드상의 산화마그네슘 나노입자를 제조하는 4 단계;

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 4 단계의 콜로이드 상의 산화마그네슘을 여과 및 50 ∼ 100 ℃ 온도범위에서 건조하여 입자상의 산화마그네슘을 제조하는 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘 화합물은 질산염, 염화염, 황산염 및 아세트산염 형태의 화합물 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 염기는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산암모늄 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 염기는 마그네슘 화합물에 대하여 1 ∼ 3 당량비 사용되는 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 친수성 유기용매는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 아세트나이트릴, 에틸아세테이트 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 지방산은 스테아린산, 라우린산 및 올레인산 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 지방산은 산화마그네슘에 대하여 40 ∼ 60 중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 석유계 용제는 톨루엔, 자일렌, 등유, 경유 및 중유 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 석유계 용제는 산화마그네슘에 대하여 1.5 ∼ 5 중량비 사용되는 것을 특징으로 하는 유기용매에 대한 분산성이 향상된 산화마그네슘 나노입자의 제조방법.

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