JP6857173B2 - 光触媒機能性不織布およびこの製造方法 - Google Patents
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Description
光触媒機能性不織布であって、光触媒の触媒作用によって脱臭、抗菌、抗ウイルス機能を有する不織布およびこの製造方法に関する。
医療用マスク、フィルターなどに用いられる一般の不織布は、細菌やガス状の物質を捕まえて濾す機能を有している。但し、このような一般の不織布の場合、細菌またはガス状の物質を自体分解する機能を有してはいない。従って、このような医療用マスク、フィルターなどに用いられる一般の不織布は、使い捨てであるか、一定期間使用した後には入れ替えなければならない。しかし、一日中マスクを使用する場合、１つの使い捨てマスクを使用することは非常に面倒であり、入れ替えなく使用する場合は体に悪影響を与え、エアコンまたは空気清浄機などに用いられるフィルターは、周期的に入れ替えないと、細菌やカビの繁殖などによる呼吸器疾患を引き起こす可能性がある。
かかる問題点に着目して、従来の様々な加工製品は、光触媒を活用して抗菌機能を発現するように製造されている。例えば、日本公開特許公報第２００７−０５１２６３号では、二酸化チタン光触媒を用いた複合材料が開示されており、韓国公開特許公報第１０−２０１２−００７３２８１号では、繊維フィルターの繊維の表面に溶射技術によって成膜された二酸化チタン被膜を含む繊維フィルターが開示されている。
但し、光触媒を不織布などの材料に用いるにおいて、製造過程および使用中に改善すべきである点があり、このための研究がさらに必要な実情である。
本発明の一具現例は、可視光活性光触媒機能を有する不織布であって、光触媒による不織布の劣化および分解を防止することができ、光触媒を不織布に均一に分布して、長い時間優れた抗菌および脱臭機能を具現することのできる光触媒機能性不織布を提供する。
本発明の他の具現例は、前記光触媒機能性不織布を製造する方法であって、光触媒を不織布内に均一に分布することができ、不織布と光触媒との付着性を効果的に向上させる光触媒機能性不織布の製造方法を提供する。
本発明の一具現例において、有機繊維を含み、前記有機繊維の一部または全部は、その表面にバリアコーティング層および光触媒コーティング層を含む光触媒機能性不織布を提供する。
本発明の他の具現例において、有機繊維を含む原料不織布に酸素（Ｏ2）プラズマを処理する段階；前記有機繊維の一部または全部の表面にバリアコーティング液をコーティングしてバリアコーティング層を形成する段階；及び前記バリアコーティング層の表面に光触媒コーティング液をコーティングして光触媒コーティング層を形成する段階；を含む光触媒機能性不織布の製造方法を提供する。
前記光触媒機能性不織布は、光源による光触媒活性作用により不織布自体の劣化または分解などを防止することができ、長い時間優れた抗菌、脱臭および抗ウイルス機能を発現することができる。また、前記光触媒機能性不織布は、医療用マスク、医療用テープ基材、自動車用シート、空気清浄機およびエアコン用フィルターなど、様々な用途に活用される。
前記光触媒機能性不織布の製造方法は、光触媒が不織布内に均一に分布されることを可能にして、これによって光触媒と不織布との付着性を向上させる利点を得ることができる。
本発明の利点および特徴、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、異なる多様な形態に具現されるものであって、但し、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野において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り、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、複数の層および領域を明確に表現するため厚みを拡大して示した。また図面において、説明の便宜のため一部の層および領域の厚みを誇張して示した。
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」または「上部に」あると言うとき、これは、他の部分の「真上に」ある場合だけでなく、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」または「下部に」あると言うとき、これは、他の部分の「真下に」ある場合だけでなく、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、有機繊維を含み、前記有機繊維の一部または全部は、その表面にバリアコーティング層および光触媒コーティング層を含む光触媒機能性不織布を提供する。
前記光触媒機能性不織布は、有機繊維を含む。普通、有機繊維から構成された製品に光触媒を付与する場合、光触媒の光反応の際に有機繊維自体が劣化または分解される問題があり、このような有機繊維の代りに、劣化または分解されるリスクの少ない無機繊維を用いた。但し、無機繊維は、有機繊維に比べて加工性が良くない短所を有しており、多様な形態への変形が容易でないため活用度が低い。前記光触媒機能性不織布は、有機繊維を含んでいるにもかかわらず、光触媒による有機繊維の劣化または分解を効果的に防止し、これと共に優れた加工性かつ高い活用度を示す。
前記光触媒機能性不織布は、有機繊維を含み、複数の有機繊維筋が絡まって形成された基材の形態である。このとき、前記有機繊維の一部または全部は、その表面にバリアコーティング層および光触媒コーティング層を含んでいてもよい。
前記有機繊維の一部または全部とは、不織布を構成する複数の有機繊維筋のうち、一部または全部の繊維筋を意味するか、１つの有機繊維筋において表面上の一部または全部を意味する。
例えば、前記不織布の有機繊維の表面の全体面積に比べて、約６０％〜約１００％に前記バリアコーティング層および前記光触媒コーティング層が形成されてもよく、これによって前記光触媒コーティング層の光触媒が不織布全体に均一に分散して優れた抗菌および脱臭効率を示す。
前記光触媒機能性不織布は、前記有機繊維の一部または全部がその表面にバリアコーティング層および光触媒コーティング層を有することにより、光源による不織布の劣化または分解を防止することができ、光触媒が不織布内に均一に分散され、有機繊維に高い密着性をもって付着されるようにする。
図１は、本発明の一具現例による光触媒機能性不織布の有機繊維の断面を概略的に示したものである。
図１を参照すると、前記有機繊維１０は、断面が所定の直径を有するものであり、その表面にバリアコーティング層１１および光触媒コーティング層１２が順次に形成されたものであってもよい。前記バリアコーティング層１１は、前記有機繊維の表面上にコーティングされて、前記光触媒コーティング層の光触媒が前記有機繊維に固く付着するようにし、前記光触媒の光反応による有機繊維の劣化または分解を効果的に防止することができる。
具体的には、前記バリアコーティング層１１は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾル、シリカ（ｓｉｌｉｃａ）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つを含むバリアコーティング液から形成されてもよい。例えば、前記バリアコーティング層１１は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾルを含むバリアコーティング液から形成されてもよく、この場合、前記有機繊維との優れた密着性を示し、有機繊維の劣化または分解を防止するバリア性能に優れた長所を得ることができる。
前記バリアコーティング液は、ゾル（ｓｏｌ）状であって、前記ゾル（ｓｏｌ）は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）粒子またはシリカ（ｓｉｌｉｃａ）粒子のような分散質が、アルコール溶媒のような分散媒に分散されている流動性を有するコロイド溶液であってもよい。
このとき、前記バリアコーティング液は、前記二酸化チタン（ＴｉＯ2）またはシリカ（ｓｉｌｉｃａ）粒子のような分散質粒子を約１重量％〜約１０重量％含んでいてもよいし、例えば、約１．５重量％〜約５重量％含んでいてもよく、例えば、約２重量％〜約３重量％含んでいてもよい。前記バリアコーティング液が前記含量の分散質粒子を含むことにより、前記光触媒機能性不織布の製造過程において前記有機繊維の表面に均一にコーティングされる。
前記光触媒コーティング層１２は、バインダーおよび可視光活性光触媒粒子（Ａ）を含む光触媒コーティング液から形成される。
前記バインダーは、前記可視光活性光触媒粒子（Ａ）が前記有機繊維の表面に付着しやすくするものであって、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾル、シリカ（ｓｉｌｉｃａ）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。例えば、前記バインダーは、二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾルを含んでいてもよく、この場合、前記可視光活性光触媒粒子（Ａ）との混和性に優れており、前記可視光活性光触媒粒子の触媒機能を損なうことなく、前記有機繊維の表面に固く付着されるようにすることができる。
例えば、前記バリアコーティング液が二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾルを含み、前記光触媒コーティング液のバインダーが二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾルを含む場合、相互密着性がさらに向上し、前記可視光活性光触媒粒子を前記有機繊維の表面上に固く位置させることができる。
前記バインダーは、前記バリアコーティング液について前述したように、アルコール溶媒のような分散媒に一定含量の分散質粒子が分散された流動性を有するコロイド溶液であってもよい。
このとき、前記バインダーは、バインダー全体重量のうち、前記分散質粒子を約１重量％〜約１０重量％含んでいてもよいし、例えば、約１重量％〜約３重量％含んでいてもよく、例えば、約１重量％〜約２重量％含んでいてもよい。前記バインダーが前記含量の分散質粒子を含むことにより、前記光触媒機能性不織布の製造過程において、前記光触媒コーティング液をコーティングする際、前記有機繊維の表面に均一にコーティングされて、前記可視光活性光触媒粒子の分散性を高める。
前記光触媒コーティング液は、前記可視光活性光触媒粒子を約１重量％〜約１０重量％含んでいてもよく、例えば、約３重量％〜約７重量％含んでいてもよい。前記光触媒コーティング液は、可視光活性光触媒粒子を前記範囲の含量に含むことにより、前記光触媒機能性不織布の製造過程において前記可視光活性光触媒粒子を均一に分散させることができる。
前記可視光活性光触媒粒子は、可視光領域の光を吸収して得たエネルギーから生成された電子と正孔が過酸化物アニオンまたはヒドロキシラジカルなどを生成して、これらが有害物質を分解および除去して空気清浄、脱臭または抗菌作用を行う粒子である。
前記可視光活性光触媒粒子は、金属酸化物および金属粒子を含んでいてもよい。具体的には、前記可視光活性光触媒粒子は、前記金属酸化物の表面に前記金属粒子が光−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く、この場合、可視光で反応して光触媒特性を示す度合いに優れており、コストが安いという長所を得ることができる。
前記金属粒子は、可視光線に対する光活性を有する金属であって、例えば、転移金属または貴金属を含んでいてもよい。具体的には、前記可視光活性光触媒粒子の金属粒子は、タングステン、クロム、バナジウム、モリブデノ、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、銀、セリウム、カドミウム、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、一番高い光触媒性能を示すという長所を得ることができる。
前記金属酸化物および金属粒子それぞれは、球状粒子であり、「球状粒子」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なく、投影状が円または楕円と同一または類似の形状である粒子を意味する。前記金属酸化物および前記金属粒子がそれぞれ球状粒子であり、その結果、前記可視光活性光触媒粒子は、球状の金属酸化物粒子の表面に球状の金属粒子が蒸着した形状を有する。
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り、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示す。
前記可視光活性光触媒粒子の粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）は、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。前記可視光活性光触媒粒子の粒径は、ＳＥＭまたはＴＥＭ写真を測定することで導出することができる。前記可視光活性光触媒粒子の粒径が前記範囲を満たすことにより、前記有機繊維の表面に対する高い付着性を確保することができ、前記有機繊維の表面に好適な分散度を有して分散し、優れた光触媒活性を示す。
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、前記可視光活性光触媒粒子の大きさ、すなわち、前記可視光活性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することができる。すなわち、前記可視光活性光触媒粒子が前記範囲の粒径を有する場合、前記可視光活性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の誤差範囲内の粒径を有する。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示す。また、前記可視光活性光触媒粒子が前記範囲の粒径を有することにより、有機繊維が絡まっている不織布内で前記有機繊維の間に均一に分布される。
前記可視光活性光触媒粒子は、前記金属酸化物１００重量部に対し、前記金属粒子を約０．１〜約５重量部含んでいてもよいし、例えば、約０．１〜約２重量部含んでいてもよく、例えば、約０．１〜約０．５重量部含んでいてもよい。前記可視光活性光触媒粒子が金属粒子を前記範囲の含量に含むことにより、金属酸化物の表面に安定的に光−蒸着した金属粒子を含んでいてもよく、前記不織布内で有機繊維と固く結合することができる。また、コストに比べて優れた性能を具現することができる。
前記光触媒機能性不織布は、有機繊維を含み、有機繊維であればその種類は特に制限されないが、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、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、前記有機繊維は、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維またはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維を含んでいてもよく、この場合、前記バリアコーティング層との付着性に優れており、加工性および汎用性の側面において有利である。
前記光触媒機能性不織布は、有機繊維を含みながらも、前記有機繊維の一部または全部がその表面に前記バリアコーティング層および前記光触媒コーティング層を含むため、抗菌および脱臭性能を確保すると共に、光反応による有機繊維の損傷を効果的に防止する利点を得ることができる。
前記光触媒機能性不織布内において前記有機繊維は、連続繊維状であってもよい。「連続繊維」とは、所定の長さに切断した形状を有する繊維と対比する概念であり、製品内で連続した長さを有する繊維を意味する。前記光触媒機能性不織布は、連続繊維状の有機繊維を含むことにより、すり減りやすいか切れない強い特性を確保することができ、多様な用途に活用されて優れた長期耐久性を具現することができる。
前記有機繊維は、断面直径が約０．５μｍ〜約１５μｍであってもよいし、例えば、約０．５μｍ〜約５μｍであってもよく、例えば、約０．５μｍ〜約２．５μｍであってもよい。すなわち、前記有機繊維の太さは前記範囲を満たす。
例えば、前記有機繊維は、一具現例において、断面直径が約０．５μｍ〜約２μｍであってもよい。また、前記有機繊維は、他の一具現例において、断面直径が約１μｍ〜約３μｍである第１の有機繊維と断面直径が約９μｍ〜約１１μｍである第２の有機繊維とが混合した形態であってもよい。
前記光触媒機能性不織布が前記範囲の断面直径を有する有機繊維を含むことにより、前述した範囲の粒子の大きさを有する可視光活性光触媒粒子の分散性および付着性を向上させることができ、最終製品に適用して優れた耐久性を具現することができる。また、前記有機繊維の太さが前記範囲を満たすことにより、後述することに従って前記光触媒機能性不織布を製造する過程において、前記有機繊維の表面にバリアコーティング層および光触媒コーティング層を均一に形成することができる。
前記光触媒機能性不織布は、可視光線領域で触媒活性を示し、これにより別途光源なしにも室内に設けられて優れた触媒活性を示す。例えば、前記光触媒機能性不織布は、約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの可視光線領域の光によって触媒活性を示すことができ、優れた抗菌および脱臭性能を示す。
前記光触媒機能性不織布は、例えば、医療用マスク、医療用バンドの基材、水処里フィルターまたはエアフィルターの用途に用いられて、長い時間入れ替えなくても優れた抗菌および抗ウイルス機能を行うことができ、向上した長期耐久性を具現することができる。
本発明の他の具現例において、有機繊維を含む原料不織布に酸素（Ｏ2）プラズマを処理する段階；前記有機繊維の一部または全部の表面にバリアコーティング液をコーティングしてバリアコーティング層を形成する段階；及び前記バリアコーティング層の表面に光触媒コーティング液をコーティングして光触媒コーティング層を形成する段階；を含む光触媒機能性不織布の製造方法を提供する。
前記光触媒機能性不織布の製造方法に従って、前記有機繊維の一部または全部の表面にバリアコーティング層および光触媒コーティング層を含む光触媒機能性不織布を製造することができ、光触媒作用による劣化および分解を効果的に防止しながら、優れた抗菌および脱臭効果を具現する不織布を製造することができる。
前記光触媒機能性不織布の製造方法は、有機繊維を含む原料不織布に酸素（Ｏ2）プラズマを処理する段階を含む。
前記原料不織布は、有機繊維を用いて予め製造された不織布であり、前記有機繊維に関する事項は、前述したとおりである。例えば、前記原料不織布は、有機繊維としてポリプロピレン（ＰＰ）繊維またはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維を含んでいてもよい。
図２は、本発明の他の具現例による光触媒機能性不織布の製造方法において、一部繊維の変化を概略的に示したものである。
図２を参照すると、前記原料不織布の有機繊維は、酸素（Ｏ2）プラズマ処理によって表面が改質され、具体的には、前記酸素（Ｏ2）プラズマ処理によって前記有機繊維の表面に親水性作用基を形成することができる。
前記親水性作用基は、例えば、ヒドロキシ基、過酸化物基、カルボキシル基、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。
前記原料不織布に酸素（Ｏ2）プラズマを処理して、前記有機繊維の表面に親水性作用基を付与することにより、後続してバリアコーティング層を形成するとき、前記バリアコーティング液と前記有機繊維との付着性を向上させることができる。
前記酸素（Ｏ2）プラズマが処理された原料不織布は、水に対する接触角が約２０°以下であり、例えば、約１０°〜約５°であってもよい。前記酸素（Ｏ2）プラズマ処理された原料不織布が前記範囲の接触角を有することにより、前記バリアコーティング液と前記原料不織布の有機繊維間との付着性が向上し、前記バリアコーティング液が均一にコーティングされる。
前記酸素（Ｏ2）プラズマ処理は、酸素（Ｏ2）ガスの供給速度が約３０ｍＬ／ｍｉｎ〜約６０ｍＬ／ｍｉｎであってもよく、例えば、約４０ｍＬ／ｍｉｎ〜約５５ｍＬ／ｍｉｎであってもよい。前記酸素プラズマ処理の酸素ガス供給速度が前記範囲を満たす場合、有機繊維の表面に好適な量の親水性作用基が付与され、後続して製造されるバリアコーティング層が有機繊維の表面に優れた付着性およびコーティング性を示す。
また、前記酸素（Ｏ2）プラズマ処理は、約１００Ｗ〜約２００Ｗの電力下で約 ２００秒〜約４００秒間行われる。前記酸素（Ｏ2）プラズマ処理の電力および時間が前記範囲を満たすことにより、有機繊維の損傷なく、要求される水準の親水性作用基を付与することができる。
前記光触媒機能性不織布の製造方法は、前記有機繊維の一部または全部の表面にバリアコーティング液をコーティングしてバリアコーティング層を形成する段階を含む。前記バリアコーティング液に関する事項は、前述したとおりである。
また、前記製造方法は、前記バリアコーティング層の表面に光触媒コーティング液をコーティングして光触媒コーティング層を形成する段階を含む。前記光触媒コーティング液に関する事項は、前述したとおりである。
図２を参照すると、前記バリアコーティング層を形成する段階は、前記酸素（Ｏ2）プラズマを処理する段階に後続して行うことができ、前記酸素（Ｏ2）プラズマ処理によって改質された有機繊維の表面上に前記バリアコーティング層が形成されてもよい。
また、図２を参照すると、前記光触媒コーティング層を形成する段階は、前記バリアコーティング層を形成する段階に後続して行うことができ、前記バリアコーティング層の表面上に光触媒コーティング層が形成されてもよい。
従来の光触媒コーティングは、主にガラス基板やフィルム、または樹脂シートなどを含む基材の上部に行われており、スピン（ｓｐｉｎ）コーティング方法やバー（ｂａｒ）コーティング方法を用いて前記基材の上部に一種の層を形成する方法で行われた。しかし、繊維が絡まって形成された不織布基材の場合、表面の屈曲が激しくて、気孔を有しており、スピン（ｓｐｉｎ）コーティング方法やバー（ｂａｒ）コーティング方法を用いてその上部に光触媒コーティングを均一に行い難しいところがある。
また、不織布を医療用マスクまたはフィルターなどの用途に用いる場合を考慮すると、光触媒が不織布基材の内部繊維の間に挿入される形態にコーティングされることが有利であるが、スピン（ｓｐｉｎ）コーティング方法やバー（ｂａｒ）コーティング方法を用いる場合は、このように光触媒を不織布基材の内部に均一に分布させ難い限界がある。
前記光触媒機能性不織布の製造方法において、前記バリアコーティング層は、前記バリアコーティング液をスプレー（ｓｐｒａｙ）コーティング方法で噴射することにより、前記有機繊維の一部または全部の表面にコーティングされる。前記バリアコーティング液をスプレーコーティング方法で噴射することにより、前記原料不織布の内部までバリアコーティング液が浸透し、前記有機繊維筋がそれぞれ表面にバリアコーティング層を有してもよい。
前記バリアコーティング液は、ゾル（ｓｏｌ）状であって、前記ゾル（ｓｏｌ）は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）粒子またはシリカ（ｓｉｌｉｃａ）粒子のような分散質が、アルコール溶媒のような分散媒に分散されている流動性を有するコロイド溶液であってもよい。
このとき、前記バリアコーティング液は、前記分散質粒子を約１重量％〜約１０重量％含んでいてもよいし、例えば、約１．５重量％〜約５重量％含んでいてもよく、例えば、約２重量％〜約３重量％含んでいてもよい。前記バリアコーティング液は、前記含量の分散質粒子を含むことにより、これをスプレーコーティング方法でコーティングする際に均一に噴射し、前記有機繊維の表面に密着してコーティングされる。
前記光触媒機能性不織布の製造方法において、前記光触媒コーティング層は、前記光触媒コーティング液をスプレー（ｓｐｒａｙ）コーティング方法で噴射することにより、前記バリアコーティング層の表面に形成される。
前記光触媒コーティング液は、バインダーおよび可視光活性光触媒粒子を含み、前記バインダーは、前述したように、アルコール溶媒のような分散媒に一定含量の分散質粒子が分散された流動性のあるコロイド溶液であってもよい。
前記バインダーは、バインダー全体重量のうち、前記分散質粒子を約１重量％〜約１０重量％含んでいてもよいし、例えば、約１重量％〜約３重量％含んでいてもよく、例えば、約１重量％〜約２重量％含んでいてもよい。
また、前記光触媒コーティング液は、前記可視光活性光触媒粒子を約１重量％〜約１０重量％含んでいてもよく、例えば、約３重量％〜約７重量％含んでいてもよい。
前記光触媒コーティング液は、前記バインダーおよび可視光活性光触媒粒子を含むことにより、前記光触媒コーティング液のスプレーコーティング過程において分散性およびコーティング性が向上し、その結果、前記光触媒コーティング液のスプレーコーティングにより、前記バリアコーティング層に対し、密着性の高い光触媒コーティング層が形成される。
前記光触媒機能性不織布の製造方法において、前記バリアコーティング液および前記光触媒コーティング液は、それぞれ分散媒を含み、前記分散媒としてはアルコール溶媒が用いられる。このとき、前記アルコール溶媒は、前記バリアコーティング層および前記光触媒コーティング層に残留する場合、光触媒性能を低下する問題を引き起こす。
これにより、前記光触媒機能性不織布の製造方法は、前記バリアコーティング層を形成する段階が前記バリアコーティング液をコーティングした後、約８０℃〜約１００℃で熱処理する段階であってもよい。また、前記光触媒コーティング層を形成する段階が前記光触媒コーティング液をコーティングした後、約８０℃〜約１００℃で熱処理する段階であってもよい。
前記熱処理は、前記範囲の温度で乾燥過程を行うことであり、前記範囲の温度で熱処理を行うことにより、有機繊維または可視光活性光触媒粒子を損傷させずに分散媒を除去することができ、それぞれのコーティング層が固く界面に付着されるようにすることができる。その結果、前記可視光活性光触媒粒子の触媒効率を向上させることができ、前記光触媒機能性不織布の物理的強度および強い特性も確保することができる。
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ず、これによって本発明が制限されてはならない。
＜実施例及び比較例＞
実施例１
ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維を含む原料不織布を用意した。前記原料不織布の繊維は、断面直径が２μｍ〜４μｍであるＰＥＴ繊維および断面直径が１２μｍ〜１３μｍであるＰＥＴ繊維が混合した形態であり、前記原料不織布の厚みは１２８μｍであった。前記原料不織布に対し、１５０Ｗの電力で３６０秒の間酸素（Ｏ2）プラズマを処理した。前記酸素（Ｏ2）プラズマの酸素ガス供給速度は５０ｍＬ／ｍｉｎであった。次いで、バリアコーティング液としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）９７．５重量％および二酸化チタン（ＴｉＯ2）粒子２．５重量％を含む二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾルを製造しており、前記バリアコーティング液をスプレーコーティング方法によって前記原料不織布に噴射して、前記ＰＥＴ繊維の表面にバリアコーティング層を形成した。前記バリアコーティング液を噴射した後、８０℃で３０分間熱処理した。次いで、酸化タングステン粒子の表面に白金ナノ粒子が光−蒸着した可視光活性光触媒粒子（Ｐｔ／ＷＯ3）５重量％および二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾルバインダーを含む光触媒コーティング液を製造しており、前記バインダーは、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）９８．７５重量％および二酸化チタン（ＴｉＯ2）粒子１．２５重量％を含むことを用いた。前記光触媒コーティング液をスプレーコーティング方法によって前記原料不織布に噴射して、前記バリアコーティング層の表面に光触媒コーティング層を形成した。前記光触媒コーティング液を噴射した後、８０℃で３０分間熱処理した。これによって、光触媒機能性不織布を製造した。
実施例１
ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維を含む原料不織布を用意した。前記原料不織布の繊維は、断面直径が２μｍ〜４μｍであるＰＥＴ繊維および断面直径が１２μｍ〜１３μｍであるＰＥＴ繊維が混合した形態であり、前記原料不織布の厚みは１２８μｍであった。前記原料不織布に対し、１５０Ｗの電力で３６０秒の間酸素（Ｏ2）プラズマを処理した。前記酸素（Ｏ2）プラズマの酸素ガス供給速度は５０ｍＬ／ｍｉｎであった。次いで、バリアコーティング液としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）９７．５重量％および二酸化チタン（ＴｉＯ2）粒子２．５重量％を含む二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾルを製造しており、前記バリアコーティング液をスプレーコーティング方法によって前記原料不織布に噴射して、前記ＰＥＴ繊維の表面にバリアコーティング層を形成した。前記バリアコーティング液を噴射した後、８０℃で３０分間熱処理した。次いで、酸化タングステン粒子の表面に白金ナノ粒子が光−蒸着した可視光活性光触媒粒子（Ｐｔ／ＷＯ3）５重量％および二酸化チタン（ＴｉＯ2）ゾルバインダーを含む光触媒コーティング液を製造しており、前記バインダーは、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）９８．７５重量％および二酸化チタン（ＴｉＯ2）粒子１．２５重量％を含むことを用いた。前記光触媒コーティング液をスプレーコーティング方法によって前記原料不織布に噴射して、前記バリアコーティング層の表面に光触媒コーティング層を形成した。前記光触媒コーティング液を噴射した後、８０℃で３０分間熱処理した。これによって、光触媒機能性不織布を製造した。
実施例２
前記実施例１のポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維を含む原料不織布の代りに、繊維の断面直径が１μｍ〜３μｍであるＰＥＴ繊維と断面直径が１０μｍであるＰＥＴ繊維とが混合しており、厚みは６０μｍであるポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）原料不織布を用いたことを除いて、前記実施例１と同じ方法で光触媒機能性不織布を製造した。
前記実施例１のポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維を含む原料不織布の代りに、繊維の断面直径が１μｍ〜３μｍであるＰＥＴ繊維と断面直径が１０μｍであるＰＥＴ繊維とが混合しており、厚みは６０μｍであるポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）原料不織布を用いたことを除いて、前記実施例１と同じ方法で光触媒機能性不織布を製造した。
実施例３
前記実施例１のポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維を含む原料不織布の代わりに、繊維の断面直径が０．５μｍ〜２μｍであるＰＰ繊維を含み、厚みは１８０μｍであるポリプロピレン（ＰＰ）原料不織布を用いたことを除いて、前記実施例１と同じ方法で光触媒機能性不織布を製造した。
前記実施例１のポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維を含む原料不織布の代わりに、繊維の断面直径が０．５μｍ〜２μｍであるＰＰ繊維を含み、厚みは１８０μｍであるポリプロピレン（ＰＰ）原料不織布を用いたことを除いて、前記実施例１と同じ方法で光触媒機能性不織布を製造した。
比較例１−３
前記実施例１−３の原料不織布それぞれを比較例１−３とした。
前記実施例１−３の原料不織布それぞれを比較例１−３とした。
＜評価＞
実験例１：有害ガス分解性能の測定
前記実施例１〜３及び前記比較例１〜３の不織布に対し、スモールチャンバ試験法（ＩＳＯ １８５６０−１：２０１４）によって有害ガス分解性能を測定した。具体的には、チャンバに不織布を位置させ、アセトアルデヒド有害ガスを０．１ｐｐｍの濃度に注入した後、光源として１０００ｌｕｘの白色ＬＥＤを用いた。その結果は、下表１に記載したとおりである。
実験例１：有害ガス分解性能の測定
前記実施例１〜３及び前記比較例１〜３の不織布に対し、スモールチャンバ試験法（ＩＳＯ １８５６０−１：２０１４）によって有害ガス分解性能を測定した。具体的には、チャンバに不織布を位置させ、アセトアルデヒド有害ガスを０．１ｐｐｍの濃度に注入した後、光源として１０００ｌｕｘの白色ＬＥＤを用いた。その結果は、下表１に記載したとおりである。
実験例２：可視光活性光触媒粒子の分散性の測定
前記実施例１−３の光触媒機能性不織布製造過程において、（ａ）バリアコーティング層が形成された後のＳＥＭ写真、及び（ｂ）光触媒コーティング層が形成された後のＳＥＭ写真を撮影した。その結果は、下記図３に示した。
前記実施例１−３の光触媒機能性不織布製造過程において、（ａ）バリアコーティング層が形成された後のＳＥＭ写真、及び（ｂ）光触媒コーティング層が形成された後のＳＥＭ写真を撮影した。その結果は、下記図３に示した。
１０ 有機繊維
１１ バリアコーティング層
１２ 光触媒コーティング層
Ａ 可視光活性光触媒粒子
１１ バリアコーティング層
１２ 光触媒コーティング層
Ａ 可視光活性光触媒粒子
Claims (12)
- 有機繊維を含み、前記有機繊維の表面が改質による親水性基を含み、
前記有機繊維の一部または全部の表面にバリアコーティング層および光触媒コーティング層をこの順で含み、
前記バリアコーティング層は、二酸化チタンを含み、
前記光触媒コーティング層は、二酸化チタンと、酸化タングステン及びその表面の白金ナノ粒子を含む可視光活性光触媒粒子とを含み、
光触媒機能性不織布。 - 前記可視光活性光触媒粒子は、粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が２０ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１に記載の光触媒機能性不織布。
- 前記可視光活性光触媒粒子は、金属酸化物１００重量部に対し、金属粒子０．１〜５重量部を含む、請求項１に記載の光触媒機能性不織布。
- 前記有機繊維は、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、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不織布。
- 前記有機繊維は、断面直径が０．５μｍ〜１５μｍである、請求項４に記載の光触媒機能性不織布。
- i)有機繊維を含む原料不織布上の酸素(O2)プラズマを処理して、有機繊維の表面に親水性作用基を形成する段階、
ii) 前記有機繊維の一部または全部の表面に 二酸化チタンを含むバリアコーティング液によりバリアコーティング層を形成する段階、
iii) 二酸化チタンと、酸化タングステン及びその表面の白金ナノ粒子を含む可視光活性光触媒粒子とを含む光触媒コーティング液により光触媒コーティング層を形成する段階、
を順に含む、光触媒機能性不織布の製造方法。 - 有機繊維の表面に親水性作用基を形成する段階によって、水との接触角を１０度〜５度とする、請求項６に記載の光触媒機能性不織布の製造方法。
- 前記バリアコーティング層は、前記バリアコーティング液をスプレー（ｓｐｒａｙ）コーティング方法で噴射することで形成される、請求項６に記載の光触媒機能性不織布の製造方法。
- 前記光触媒コーティング層は、前記光触媒コーティング液をスプレー（ｓｐｒａｙ）コーティング方法で噴射することで形成される、請求項６に記載の光触媒機能性不織布の製造方法。
- 前記酸素（Ｏ2）プラズマを処理する段階において、酸素（Ｏ2）ガスの供給速度は３０ｍＬ／ｍｉｎ〜６０ｍＬ／ｍｉｎである、請求項６に記載の光触媒機能性不織布の製造方法。
- 前記バリアコーティング層を形成する段階は、
前記バリアコーティング液をコーティングした後、８０℃〜１００℃で熱処理する段階である、請求項６に記載の光触媒機能性不織布の製造方法。 - 前記光触媒コーティング層を形成する段階は、
前記光触媒コーティング液をコーティングした後、８０℃〜１００℃で熱処理する段階である、請求項６に記載の光触媒機能性不織布の製造方法。
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