JP6726313B2 - 光触媒機能性フィルター - Google Patents
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Description
光触媒機能性フィルターに関する。
医療用マスク、自動車用シート等に用いられる一般フィルターは、細菌やガス状物質を捕まえてろ過する機能を有している。但し、このような一般フィルターの場合、細菌又はガス状物質それ自体を分解する機能を有していない。このため、光触媒のみをフィルターにコーティングした場合、それ自体を分解する機能はあるものの、有害物質が空気中に拡散されて光触媒の表面に吸着するまでの時間が必要であるため、短時間で効果が見られることは難しいし、吸着剤のみをフィルターにコーティングした場合、短時間で細菌やガス状物質を除去できるものの、吸着剤が飽和した後にはその効果が見られない問題点を抱えていた。
従って、光触媒及び吸着剤を共に用いながらフィルターの効率を高める方法に対する研究がさらに必要な実情がある。
本発明の一具現例は、短い時間に空気中の有害物質を吸着して、吸着した有害物質を速やかに分解できる光触媒機能性フィルターを提供する。
本発明の一具現例において、光触媒層、吸着剤層及び基材層を順次に含み、前記光触媒層は、親水性を有する第１の無機バインダー；及び光触媒を含み、前記吸着剤層は、前記第１の無機バインダーと相違する第２の無機バインダー；及び吸着剤を含む光触媒機能性フィルターを提供する。
前記第１の無機バインダーは、二酸化チタン（ＴｉＯ2）バインダー、コロイド珪酸（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｓｉｌｉｃａ）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）系バインダー、アルミナゾル、ジルコニアゾル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。
前記第１の無機バインダーは、水に対する接触角が０゜〜２０゜であってもよい。
前記光触媒は、金属酸化物及び金属粒子を含んでいてもよい。
前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオビウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。
前記金属粒子は、タングステン、クロム、バナジウム、モリブデン、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、銀、セリウム、カドニウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。
前記光触媒は、粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が２０ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。
前記光触媒層は、前記光触媒１００重量部を基準として、前記第１の無機バインダー５０〜１００重量部を含んでいてもよい。
前記光触媒層の厚さが０．２μｍ〜１μｍであってもよい。
前記第２の無機バインダーは、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、トリメトキシ（メチル）シラン（Ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙ（ｍｅｔｈｙｌ）ｓｉｌａｎｅ）、トリエトキシ（メチル）シラン（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙ（ｍｅｔｈｌｙ）ｓｉｌａｎｅ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。
前記吸着剤は、活性炭、ゼオライト、アパタイト、アルミナ、シリカ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。
前記吸着剤は、粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が０．０２μｍ〜１μｍであってもよい。
前記吸着剤層は、前記吸着剤１００重量部を基準として、前記第２の無機バインダー５０〜１００重量部を含んでいてもよい。
前記吸着剤層の厚さが０．２μｍ〜１μｍであってもよい。
前記基材層は、不織布、ポリマーフィルム、ガラス基板、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。
前記光触媒機能性フィルターは、吸着剤により空気中の汚染物質等を短時間で捕捉しやすいし、光触媒の脱臭、抗菌、抗ウイルス性能によって基材層の汚染を防ぐことができ、ガス状物質がろ過された場合にも光反応により人体に無害な物質に分解することができる。
前記光触媒は、光触媒機能性フィルターの表面に集中して分散され、空気中の有害物質の分解効率を向上させる利点がある。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、後述する実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、異なる様々な形態に具現されるものであり、但し、本実施例は、本発明の開示を完全にして、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。全明細書における同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。
図面において、複数の層及び領域を明確に表現するため厚さを拡大して示した。また、図面において、説明の便宜のため一部の層及び領域の厚さを誇張して示した。
また、本明細書において、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」又は「上部に」あると言うとき、これは、他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言うときは、中間に他の部分がないことを意味する。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」又は「下部に」あると言うとき、これは、他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「真下に」あると言うときは、中間に他の部分がないことを意味する。
本発明の一具現例において、光触媒層、吸着剤層及び基材層を順次に含み、前記光触媒層は、親水性を有する第１の無機バインダー；及び光触媒を含み、前記吸着剤層は、前記第１の無機バインダーと相違する第２の無機バインダー；及び吸着剤を含む光触媒機能性フィルターを提供する。
図１は、本発明の一具現例による光触媒機能性フィルターの断面を概略的に示したものである。
図１を参照するとき、前記光触媒機能性フィルター１００は、光触媒層１１０、吸着剤層１２０及び基材層１３０を順次に含む。
前記光触媒層１１０は、光触媒１５０及び第１の無機バインダー１４０を含み、前記吸着剤層１２０は、第２の無機バインダー１６０及び吸着剤１７０を含む。
従来のフィルターの場合、別に層の区別なしに吸着剤の表面に光触媒を付着して用いた。この場合、同量の光触媒を添加しても、フィルターの表面に露出する光触媒量が少なくて、空気中の有害物質分解効率が低下することがあった。
このため、本発明では、前記光触媒層を前記光触媒機能性フィルターの最も外側の表面に位置させて、前記吸着剤層と区別して、空気中の有害物質分解効率を向上させることができる。
前記光触媒フィルターは、空気中の有害物質を効果的に捕集及び分解する役割を担う。そのため、前記光触媒層は、空気中の有害物質と反応しなければならないし、前記吸着剤層は、前記光触媒機能性フィルターの表面に最大に露出しなければならない。
本発明の一具現例において、前記光触媒機能性フィルターは、前記光触媒層と吸着剤層の形成、成分、組成等を好適に制御するか設計することによって、前述した機能をよく発揮することができる。
前記光触媒層は、前記光触媒機能性フィルターの最も外側の表面に位置するため、空気中の有害物質分解効果が向上する。
具体的には、前記光触媒層は、厚さが約０．２μｍ〜約１μｍであってもよい。前記光触媒層が前記厚さの範囲を維持することによって、空気中の有害物質を効率的に吸着して分解して、前記光触媒層が前記厚さの範囲未満である場合、前記光触媒と前記光触媒層の結合力が低下して耐久性が低下し、光反応に要する十分な量の光触媒を確保することができない。前記光触媒層が前記厚さの範囲を超える場合、前記吸着剤が前記光触媒層の外へ露出しないため、空気中の有害物質が吸着する度合いが低下し、表面にクラック（ｃｒａｃｋ）が発生する確率が高いため前記光触媒層の耐久性が低下して、生産原価が上昇する問題が発生し得る。
前記光触媒層は、親水性を有する第１の無機バインダーを含む。前記第１の無機バインダーは、二酸化チタン（ＴｉＯ2）バインダー、コロイド珪酸（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｓｉｌｉｃａ）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）系バインダー、アルミナゾル、ジルコニアゾル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。前記第１の無機バインダーは、前記光触媒が前記光触媒機能性フィルターに付着しやすくするものであり、例えば、第１の無機バインダーが二酸化チタン（ＴｉＯ2）バインダーを含む場合、前記光触媒との和合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）に優れており、前記光触媒の触媒機能を損なわせずに、前記光触媒機能性フィルターの表面に強く付着させることができる。
前記第１の無機バインダーは、水に対する接触角が約２０゜以下であってもよい。具体的には、約０（ｚｅｒｏ）゜〜約２０゜であってもよい。前記水に対する接触角は、接触角測定装置（ｄａｔａｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ＯＣＡ）を用いて、２５℃及び１気圧状態で計量体積（ｄｏｓｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）を「２ｕＬ」に設定して、常温大気圧状態で接触角を測定しており、前記「２ｕＬ」は、接触角を測定するため表面に落とした水の体積である。
前記第１の無機バインダーの接触角が前記範囲を超える場合、親水性表面が形成されなかったものであり、光触媒性能が低下し得る。具体的には、前記光触媒の表面が十分な親水性でなければ、光触媒反応に要する水分子が効果的に吸着せず、結果として、光触媒性能が低下し得る。すなわち、前記第１の無機バインダーの接触角が前記範囲を満たすことによって、効果的な光触媒性能の発現を容易に確保することができる。
前記第１の無機バインダーは、親水性を有することによって、親水性表面による光触媒性能を具現するに必要な水分子を効果的に吸着できるため、非親水性バインダーより光触媒性能の極大化を具現することができる。
前記光触媒層は、光触媒を含む。前記光触媒は、通常、光に曝した時に化学反応を促進する物質を意味する。例えば、においを引き起こす有機物質、揮発性有機化合物、及び有機基材染色剤の分解又は酸化に係る酸化還元反応を促進させる物質を称する。
具体的には、前記光触媒が、光に曝されたとき、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ波長帯の光を吸収して得たエネルギーから生成した電子と正孔が過酸化物アニオン又はヒドロキシラジカル等を生成して、これらが空気中の有害物質を分解及び除去して空気清浄、脱臭又は抗菌作用を行うことができる。
前記光触媒は、金属酸化物及び金属粒子を含んでいてもよい。
図２は、本発明の一具現例による光触媒の外観を概略的に示したものである。
図２を参照するとき、前記光触媒１５０は、金属酸化物２２０の表面に金属粒子２１０が分散されて付着した形状であってもよい。具体的には、前記光触媒１５０は、前記金属酸化物２２０の表面に、前記金属粒子２１０が光−蒸着（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）した形態であってもよい。
前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオビウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。
例えば、前記金属酸化物は、酸化タングステンを含んでいてもよいし、この場合、可視光で反応して光触媒特性を表す度合いが優れており、低コストであるという長所を得ることができる。
前記金属粒子は、タングステン、クロム、バナジウム、モリブデン、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、銀、セリウム、カドニウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。
例えば、前記金属粒子は、白金を含んでいてもよく、この場合、もっとも高い光触媒性能を表すという長所を得ることができる。
前記金属酸化物及び金属粒子それぞれは、球状の粒子であり、「球状の粒子」とは、数学的に完全な球状を有する粒子を意味するものではなく、投影状が円又は楕円と同一又は類似の形状を表す粒子を意味する。前記金属酸化物及び前記金属粒子がそれぞれ球状の粒子であり、その結果、前記光触媒粒子は、球状の金属酸化物の粒子表面に球状の金属粒子が蒸着した形状を有するようになる。
このとき、前記金属粒子の粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）は、数ナノメートル（ｎｍ）であり、例えば、約３ｎｍ〜約５ｎｍであってもよい。前記金属粒子の粒径は、前記金属酸化物の粒径に比べて非常に小さく、前記金属粒子が前記範囲の粒径を有することによって、前記金属酸化物の表面に好適な含量で光−蒸着して優れた光触媒活性を表すことができる。
前記金属粒子の粒径は、一定方向の平行な光で前記金属粒子を投影したときの投影状の直径を測定することで導き出すことができ、これは光触媒の場合にも適用することができる。
前記光触媒は、粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が約２０ｎｍ〜約１００ｎｍであってもよく、具体的には、約３０ｎｍ〜約６０ｎｍであってもよい。前記光触媒粒子の粒径は、ＳＥＭ又はＴＥＭ写真を測定することで導き出すことができる。前記光触媒粒子の粒径が前記範囲を満すことによって、前記光触媒層に対する高い付着性を確保することができ、好適な分散度を有しながら分散されて、優れた光触媒活性を表すことができる。
前記金属粒子の粒径が前記金属酸化物の粒径に比べて非常に小さい点を考慮するとき、前記光触媒粒子の大きさ、すなわち、前記光触媒粒子の粒径は、主に前記金属酸化物の粒径によって決定されると理解される。すなわち、前記光触媒粒子が前記範囲の粒径を有する場合、前記光触媒粒子の金属酸化物は、前記範囲で数ナノメートル（ｎｍ）、例えば、約３ｎｍ〜約５ｎｍの誤差の範囲内の粒径を有してもよい。この場合、前記金属酸化物の表面に、光−蒸着した金属粒子量が十分であり、優れた触媒活性効率を表すことができる。また、前記光触媒粒子が前記範囲の粒径を有することによって、光触媒層内で均一に分布される。
前記光触媒層は、前記光触媒１００重量部を基準として、前記第１の無機バインダーを約５０重量部〜約１００重量部含んでいてもよい。
前記光触媒層が前記重量部の範囲の前記第１の無機バインダーを含むことによって、前記光触媒の機能を阻害せずに、好適な硬度を具現して耐久性を向上させることができる。前記第１の無機バインダーの重量が前記範囲未満である場合、前記光触媒層と前記光触媒間の十分な付着力を確保できない問題が発生し、前記第１の無機バインダーの重量が前記範囲を超える場合、前記光触媒の表面が前記第１の無機バインダーによってほとんど覆われて、前記光触媒の活性が低下する問題が発生し得る。
図１を参照するとき、前記光触媒機能性フィルター１００は、前記光触媒層１１０の一面に吸着剤層１２０を含む。前記吸着剤層は、前記光触媒層と前記基材層との間に位置して、空気中の有害物質を容易に吸着しなければならないし、前記基材層及び前記光触媒層と和合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）が良いものでなければならない。
本発明の一具現例において、前記光触媒機能性フィルターは、前記吸着剤の組成及び成分を制御して、前述した機能をよく発揮することができる。
具体的には、前記吸着剤層は、厚さが約０．２μｍ〜約１μｍであってもよい。前記吸着剤層が前記厚さの範囲を維持することによって、空気中の有害物質が効率的に吸着して好適な耐久性を有することができ、前記吸着剤層が前記厚さの範囲未満である場合、吸着性能が低下し得るし、前記吸着剤層が前記厚さの範囲を超える場合、前記吸着剤層にクラック（ｃｒａｃｋ）が発生して、前記吸着剤層の耐久性が低下し、前記吸着剤層が厚いほど生産原価が上昇し得る。
前記吸着剤層は、前記光触媒層の第１の無機バインダーと相違する第２の無機バインダーを含む。前記第２の無機バインダーに前記第１の無機バインダーと異なるものを用いることによって、相互に同種のバインダーを用いる場合に比べて、前記吸着剤層及び光触媒層が分離した構造をよく維持することができ、前記光触媒層に含まれた前記第１の無機バインダーの親水性特性で光触媒効率を極大化すると同時に、前記吸着剤層に含まれた第２の無機バインダーにより、前記吸着剤層は、クラック（ｃｒａｃｋ）なしに均一なコーティング性及び優れた耐久性を具現することができる。
前記第２の無機バインダーは、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、トリメトキシ（メチル）シラン（Ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙ（ｍｅｔｈｙｌ）ｓｉｌａｎｅ）、トリエトキシ（メチル）シラン（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙ（ｍｅｔｈｙｌ）ｓｉｌａｎｅ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。前記第２の無機バインダーは、前記吸着剤を前記光触媒機能性フィルターに付着しやすくするものであり、例えば、前記第２の無機バインダーがオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）バインダーを含む場合、前記吸着剤及び前記第１の無機バインダーとの和合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）に優れており、前記吸着剤の吸着機能を損なわせずに、前記光触媒機能性フィルターの表面に固く付着するようにすることができる。
前記吸着剤層は、吸着剤を含み、前記吸着剤は、活性炭、ゼオライト、アパタイト、アルミナ、シリカ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよい。前記種類の吸着剤を用いることによって、前記第２の無機バインダーと優れた和合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を確保することができ、空気中の有害物質を速やかに吸着できる利点を得ることができる。
前記吸着剤は、多孔性構造を有してもよい。前記吸着剤は、多孔性構造によって高い表面積を有することができ、空気中の有害物質の吸着側面において表面積が大きいほど有利である。具体的には、前記吸着剤は、約５００ｍ２／ｇ〜約１０００ｍ２／ｇの表面積を有してもよい。前記吸着剤が前記範囲の表面積を有することによって、空気中の有害物質が前記吸着剤の表面にさらに速やかに吸着される。
また、前記吸着剤は、その表面に前記光触媒のうち、少なくとも一部が付着してもよい。
具体的には、図１を参照するとき、前記吸着剤層１２０の吸着剤１７０は、層の外へ一部露出した構造を有する。これにより、前記吸着剤１７０の少なくとも一部は、前記光触媒層１１０に浸透されて、これにより、前記光触媒１５０のうち、少なくとも一部と付着した構造を形成することができる。前記吸着剤の表面に前記光触媒のうち、少なくとも一部が付着することによって、空気中の有害物質の吸着及び分解速度が向上する。
前記吸着剤は、粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が約０．０２μｍ〜約１μｍであってもよい。前記吸着剤粒子の粒径が前記範囲を満すことによって、前記吸着剤層に対する高い付着性を確保することができ、好適な分散度を有しながら分散されて、優れた吸着性を表すことができる。前記吸着剤の粒径が前記範囲未満である場合、前記吸着剤が前記光触媒粒子より小さくなり、この場合、外部に露出する吸着剤量が少なく、効果的な吸着性能を具現し難い問題が発生し得るし、前記吸着剤の粒径が前記範囲を超える場合、前記吸着剤層の均一度及び耐久性が低下する問題が発生し得る。
前記吸着剤は、表面積及び粒径がそれぞれ同時に前述の範囲を満すことによって、空気中の有害物質の吸着効果及び吸着剤層の硬度、耐久性等の機械的物性の向上効果を同時に大きく向上させることができる。
前記吸着剤層は、前記吸着剤１００重量部を基準として、前記第２の無機バインダーを約５０重量部〜約１００重量部含んでいてもよい。
前記重量の範囲の前記第２の無機バインダーを含むことによって、前記吸着剤の機能を阻害せずに、好適な硬度を具現して耐久性を向上させることができる。前記第２の無機バインダーの重量が前記範囲未満である場合、前記吸着剤層と前記吸着剤との間の十分な付着力を確保できない問題が発生し得るし、前記第２の無機バインダーの重量が前記範囲を超える場合、前記吸着剤の表面が前記第２の無機バインダーによってほとんど覆われて、吸着性能が低下する問題が発生し得る。
図１を参照するとき、前記光触媒フィルター１００は、前記吸着剤層１２０の一面に基材層１３０を含む。前記基材層は、不織布、ポリマーフィルム、ガラス基板、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含んでいてもよく、これに制限されるものではない。例えば、前記基材層は、不織布を含んでいてもよく、この場合、前記第２の無機バインダーと和合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）が良く、前記第２の無機バインダーの前記不織布に対する接着性が良く、物理的衝撃によっても容易に剥離されないため、前記光触媒機能性フィルターの耐久性が向上する。
以下では、本発明の具体的な実施例を提示する。但し、下記に記載した実施例は、本発明を具体的に例示するか説明するためのものに過ぎないし、これによって本発明が制限されてはならない。
＜製造例＞
製造例１：二酸化チタン（ＴｉＯ2）バインダーの製造
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）とチタンイソプロポキシド（ＴＴＩＰ）をビーカーに入れて混合した後、硝酸を入れて二酸化チタン（ＴＩＯ2）バインダーゾルを製造した。
製造例１：二酸化チタン（ＴｉＯ2）バインダーの製造
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）とチタンイソプロポキシド（ＴＴＩＰ）をビーカーに入れて混合した後、硝酸を入れて二酸化チタン（ＴＩＯ2）バインダーゾルを製造した。
製造例２：光触媒コーティング液の製造
前記二酸化チタン（ＴＩＯ2）バインダーゾルに白金ナノ粒子を含ませて、粒径が３０ｎｍ〜６０ｎｍ以内である複数の酸化タングステン光触媒（Ｐｔ／ＷＯ３）を添加して混合し、酸化タングステン光触媒１００重量部を基準として、前記二酸化チタン（ＴＩＯ2）バインダーを１００重量部含む光触媒コーティング液を製造した。
前記二酸化チタン（ＴＩＯ2）バインダーゾルに白金ナノ粒子を含ませて、粒径が３０ｎｍ〜６０ｎｍ以内である複数の酸化タングステン光触媒（Ｐｔ／ＷＯ３）を添加して混合し、酸化タングステン光触媒１００重量部を基準として、前記二酸化チタン（ＴＩＯ2）バインダーを１００重量部含む光触媒コーティング液を製造した。
製造例３：オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）バインダーの製造
ビーカーにエタノールを入れて、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を混合した後、塩酸及び蒸溜水を混合した溶液を準備し、この溶液をオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）とエタノールが混ざった溶液に液滴状に注入して、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）バインダーゾルを製造した。
ビーカーにエタノールを入れて、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を混合した後、塩酸及び蒸溜水を混合した溶液を準備し、この溶液をオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）とエタノールが混ざった溶液に液滴状に注入して、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）バインダーゾルを製造した。
製造例４：吸着剤コーティング液の製造
前記オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）バインダーゾルに粒径が０．０２μｍ〜１μｍ以内である複数のゼオライトを添加して混合し、前記吸着剤１００重量部を基準として、前記オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）バインダーを１００重量部含む吸着剤コーティング液を製造した。
前記オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）バインダーゾルに粒径が０．０２μｍ〜１μｍ以内である複数のゼオライトを添加して混合し、前記吸着剤１００重量部を基準として、前記オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）バインダーを１００重量部含む吸着剤コーティング液を製造した。
製造例５：光触媒水溶液の製造
水溶液に白金ナノ粒子を含ませて、粒径が３０ｎｍ〜６０ｎｍ以内である複数の酸化タングステン光触媒（Ｐｔ／ＷＯ３）を添加し、１０重量％濃度の光触媒水溶液を製造した。
水溶液に白金ナノ粒子を含ませて、粒径が３０ｎｍ〜６０ｎｍ以内である複数の酸化タングステン光触媒（Ｐｔ／ＷＯ３）を添加し、１０重量％濃度の光触媒水溶液を製造した。
＜実施例及び比較例＞
実施例１
厚さ１ｍｍの不織布の一面に、前記製造された吸着剤コーティング液を塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの吸着剤層を形成して、その次に、前記製造された光触媒コーティング液を塗布して熱硬化し、厚さ５００ｎｍの光触媒層を形成してフィルターを製作した。
実施例１
厚さ１ｍｍの不織布の一面に、前記製造された吸着剤コーティング液を塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの吸着剤層を形成して、その次に、前記製造された光触媒コーティング液を塗布して熱硬化し、厚さ５００ｎｍの光触媒層を形成してフィルターを製作した。
比較例１
厚さ１ｍｍの不織布の一面に、前記製造された吸着剤コーティング液を塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの吸着剤層を形成してフィルターを製作した。
厚さ１ｍｍの不織布の一面に、前記製造された吸着剤コーティング液を塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの吸着剤層を形成してフィルターを製作した。
比較例２
厚さ１ｍｍの不織布の一面に、前記製造された光触媒コーティング液を塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの光触媒層を形成してフィルターを製作した。
厚さ１ｍｍの不織布の一面に、前記製造された光触媒コーティング液を塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの光触媒層を形成してフィルターを製作した。
比較例３
厚さ１ｍｍの不織布の一面に、前記製造された吸着剤コーティング液を塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの吸着剤層を形成して、その次に、前記製造された光触媒水溶液を塗布して熱硬化し、光触媒層を形成してフィルターを製作した。
厚さ１ｍｍの不織布の一面に、前記製造された吸着剤コーティング液を塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの吸着剤層を形成して、その次に、前記製造された光触媒水溶液を塗布して熱硬化し、光触媒層を形成してフィルターを製作した。
比較例４
厚さ１０ｍｍの不織布の一面に、前記製造された吸着剤コーティング液及び光触媒水溶液を混合して塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの熱硬化層を形成してフィルターを製作した。
厚さ１０ｍｍの不織布の一面に、前記製造された吸着剤コーティング液及び光触媒水溶液を混合して塗布して熱硬化させ、厚さ５００ｎｍの熱硬化層を形成してフィルターを製作した。
＜評価＞
実験例１：有害ガス分解性能測定
スモールチャンバーテスト（Ｓｍａｌｌ ｃｈａｍｂｅｒ ｔｅｓｔ）方法（ＩＳＯ １８５６０-１：２０１４）によって測定しており、注入ガス濃度は０．１ｐｐｍ、光源は１０００ｌｕｘのホワイトＬＥＤ（ｗｈｉｔｅ ＬＥＤ）である。その結果は、下表１に記載したとおりである。
実験例１：有害ガス分解性能測定
スモールチャンバーテスト（Ｓｍａｌｌ ｃｈａｍｂｅｒ ｔｅｓｔ）方法（ＩＳＯ １８５６０-１：２０１４）によって測定しており、注入ガス濃度は０．１ｐｐｍ、光源は１０００ｌｕｘのホワイトＬＥＤ（ｗｈｉｔｅ ＬＥＤ）である。その結果は、下表１に記載したとおりである。
実験例２：表面耐久性評価
実施例及び比較例による機能性フィルターの表面に横５ｃｍ及び縦１．５ｃｍのセロハンテープを接着した後、剥がして剥離される吸着剤又は光触媒の質量を測定しており、剥離量が実施例及び比較例に混合した吸着剤又は光触媒の質量と対比して３％以下である場合には良好とし、３％を超える場合には不十分として、その結果を下表１に記載した。
実施例及び比較例による機能性フィルターの表面に横５ｃｍ及び縦１．５ｃｍのセロハンテープを接着した後、剥がして剥離される吸着剤又は光触媒の質量を測定しており、剥離量が実施例及び比較例に混合した吸着剤又は光触媒の質量と対比して３％以下である場合には良好とし、３％を超える場合には不十分として、その結果を下表１に記載した。
実施例１に従って製造された光触媒機能性フィルターは、有害ガス分解性能が ９０を超える程度に優れた有害ガス分解機能を具現すると同時に、表面耐久性が良好であり、光触媒機能性フィルターとして最適化された物性を具現することが確認できる。
一方、比較例１〜４に従って製造された機能性フィルターは、９０以上の有害ガス分解性能及び良好な表面耐久性を同時に満たしていないことが確認できる。
具体的には、比較例１の場合、光触媒なしに吸着剤コーティング液のみでフィルター処理されて、有害ガス分解性能が著しく低下することが確認できる。比較例４の場合、吸着剤コーティング液に含まれたオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）が表面に露出して、親水性表面の形成が困難であり、光触媒性能の発揮が制限されることが確認できる。
比較例３の場合、光触媒バインダーの代わりに光触媒水溶液を含むため、表面耐久性が低下することが確認できる。
１００ 光触媒機能性フィルター
１１０ 光触媒層
１２０ 吸着剤層
１３０ 基材層
１４０ 第１の無機バインダー
１５０ 光触媒
１６０ 第２の無機バインダー
１７０ 吸着剤
２１０ 金属粒子
２２０ 金属酸化物
１１０ 光触媒層
１２０ 吸着剤層
１３０ 基材層
１４０ 第１の無機バインダー
１５０ 光触媒
１６０ 第２の無機バインダー
１７０ 吸着剤
２１０ 金属粒子
２２０ 金属酸化物
Claims (12)
- 光触媒層、吸着剤層及び基材層を順次に含み、
前記光触媒層は、親水性を有する第１の無機バインダー；及び光触媒を含み、
前記吸着剤層は、前記第１の無機バインダーと相違する第２の無機バインダー；及び吸着剤を含み、
前記第１の無機バインダーは、二酸化チタン（ＴｉＯ２）バインダー、コロイド珪酸（ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｓｉｌｉｃａ）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）系バインダー、アルミナゾル、ジルコニアゾル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含み、
前記第２の無機バインダーは、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を含み、
前記吸着剤は、活性炭、ゼオライト、アパタイト、アルミナ、シリカ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含む、
光触媒機能性フィルター。 - 前記第１の無機バインダーは、水に対する接触角が０゜〜２０゜である、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記光触媒は、金属酸化物及び金属粒子を含む、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオビウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含む、
請求項３に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記金属粒子は、タングステン、クロム、バナジウム、モリブデン、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、銀、セリウム、カドニウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含む、
請求項３に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記光触媒は、粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が２０ｎｍ〜１００ｎｍである、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記光触媒層は、前記光触媒１００重量部を基準として、前記第１の無機バインダー５０〜１００重量部を含む、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記光触媒層の厚さが０．２μｍ〜１μｍである、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記吸着剤は、粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が０．０２μｍ〜１μｍである、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記吸着剤層は、前記吸着剤１００重量部を基準として、前記第２の無機バインダー５０〜１００重量部を含む、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記吸着剤層の厚さが０．２μｍ〜１μｍである、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。 - 前記基材層は、不織布、ポリマーフィルム、ガラス基板、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された１つを含む、
請求項１に記載の光触媒機能性フィルター。
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