KR100314938B1 - 광촉매 박막 및 이것을 구비한 물품 - Google Patents

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Abstract

주로 실내환경에서 사용하는 전기제품류의, 공기가 흐르는 유로나 여과부분, 외장부분이나 내장한 조명기구에 의하여 비추어지는 부분에 사용되는 광촉매 박막이다. 여러 가지 첨가제에 의하여 촉매작용을 높이고 있다. 일반적으로 실내에서 얻어지는 빛으로서 형광등이나 백열전구, 수은등이나 창유리 너머의 태양광 등의 약하지 않은 빛으로도 유기물을 분해하고, 담배의 댓진이나 수지 등의 피지류 등의 부착물에 의한 오염물이 부착되더라도 분해하여 방오효과가 얻어진다. 마찬가지로, 미약한 빛으로, 공기중에 분산하는 유기아민이나 메르캅탄류 등, 각종 악취원인물질이 부착되면 이것을 분해하여 저악취 또는 무악취의 물질로 분해하게 되므로, 실내의 냄새를 저감하는 탈취효과가 얻어진다.

Description

광촉매 박막 및 이것을 구비한 물품{THIN PHOTOCATALYTIC FILM AND ARTICLES PROVIDED WITH THE SAME}
최근, TiO2광촉매를 사용한 유기물의 분해작용을 이용하여, 방오, 탈취, 항균효과를 발현하는 재료가 주목을 모으고 있다. 이것은 뉴세라믹스(1996) No.2, 55에 기재된 바와 같은 반도체광촉매의 산화환원반응을 사용한 것으로서, TiO2박막을 세라믹스 타일에 형성한 것이 제공되어 있다.
한편, 성막법으로서는 산화물박막은 기판상에 스퍼터링과 같은 물리적 방법에 의한 것과 졸겔법과 같은 도포법 등의 화학적인 방법에 의한 것이 있다. 전자는 진공장치 등을 사용하여 낮은 온도로 성막이 가능하다. 후자는 스핀코트, 스프레이 등 간단한 장치로 기판상에 도포하여 통상 수백℃의 온도로 처리함으로써 막을 얻을 수 있다. 항균방취용 재료인 TiO2는 아나타아제형 결정이 유효하고, 기능발현에는 결정화가 유효함이 보고되어 있다(Patent No.(PTC)WO 94/11092, (PTC)WO95/15816). 또 TiO2에 V, Fe 등을 첨가하여 고성능화한 것이 보고되어 있다(W.Choi, A.Termin, M.R.Hoffmann, J.Phys.Chem., 98, 13669-13679(1994)).
상기와 같은 재질이나 수법을 사용하여 각종 장치류에 산화물광촉매 박막을 응용한 사례로서는 이하와 같은 발명이 알려져 있다.
공기청정기 즉, 실내 공기중의 진애류나 악취물질을 제거하는 것을 목적으로 한 장치에 대해서는, 일본국 특개 평8-266841호 공보나 일본국 특개 평8-266605호 공보나 일본국 특개 평8-309148호 공보에 있는 것과 같은, TiO2를 주성분으로 하는 광촉매를 담지한 필터를 내포하고, 이것에 자외선램프 등의 수단을 사용하여 단파장의 빛을 조사하는 기구를 설치한 기술이다.
또, 선풍기에 대한 응용예로서는, 일본국 특개 평7-303819호 공보에 있는 것과 같은, 금속부품의 표면에 TiO2를 주성분으로 하는 광촉매의 박막을 약 600℃로 소성하는 기술이 알려져 있다.
또 일본국 특개 평9-38189호와 같이 팬에 대한 응용사례에서도, 발광다이오드를 부설하여 자외선을 조사하는 기구가 알려져 있다.
환기선에 대한 적용사례로서는, 일본국 특개 평5-157305호 공보에 있는 것과 같은 자외선램프를 병용한 것과 같은 구성이 공지이다.
또, 청소기나 음식물쓰레기처리기의 통기경로중에 설치하는 탈취필터로서의 응용사례로서는, 일본국 특개 평7-108175호 공보에 보여지는 것과 같은, TiO2를 주성분으로 하는 광촉매를 분말형상으로 하여 플라스틱섬유시트로 싸넣어 히트 시일한 것과 같은 기술이 제안되어 있다.
본 발명은, 광촉매기능을 가지는 입자를 도포막중에 분산한 광촉매 박막 및 이것을 구비한 물품에 관한 것으로서, 특히 내열성이 낮은 재료인 유기고분자재료, 특히 범용의 열가소성 플라스틱으로 만든 부품의 표면에 박층형상으로 산화물광촉매 박막을 형성한 물품에 관한 것이다. 또, 자외선램프나, 옥외의 태양광 등의 강력한 자외선이 얻어지지 않는, 실내에서 사용하기에 적합한 물품 전체 또는 일부 표면에 산화물광촉매 박막을 구비한 물품에 관한 것이다.
예를 들어 공기세정기, 환기선(扇), 선풍기, 청소기, 의류건조기, 식기건조기, 식기세척기, 음식물쓰레기처리기, 난방기, 가습기, 제습기, 공기조화기, 가열조리기구, 전자조리기구, 헤어 드라이어, 탈취기, 각로 등의 전동송풍기를 이용하여 공기의 흐름을 만들어내는 장치류에 관한 것이다.
이들 전기제품류 표면에 부착되는, 공기중에 부유하고 있는 각종 오염물성분이나 미생물류를, 생활환경하에서의 빛에 의하여, 광촉매기능에 의하여 분해하여 방오(防汚), 소취(消臭), 항균, 곰팡이방지, 젖음성개선 등의 표면특성을 얻기 위한 기술 및 그 물품에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 여과형 공기청정기 본체의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 여과형 공기청정기 본체의 사시도,
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 정전기집진식 공기청정기 본체의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 부엌용 환기선 본체의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 선풍기 본체의 사시도,
도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 청소기의 사시도,
도 7은 본 발명의 실시형태에 관한 청소기 본체의 단면도,
도 8은 본 발명의 실시형태에 관한 의류건조기의 본체 단면도,
도 9는 본 발명의 실시형태에 관한 식기건조기 본체의 사시도,
도 10은 본 발명의 실시형태에 관한 식기건조기의 배기구부분의 확대단면도,
도 11은 본 발명의 실시형태에 관한 식기건조기 본체의 단면도,
도 12는 본 발명의 실시형태에 관한 식기세척기 본체의 사시도,
도 13은 본 발명의 실시형태에 관한 식기세척기 본체의 단면도,
도 14는 본 발명의 실시형태에 관한 식기세척기 본체의 단면도,
도 15는 본 발명의 실시형태에 관한 음식물쓰레기처리기 본체의 사시도,
도 16은 본 발명의 실시형태에 관한 음식물쓰레기처리기 본체의 단면도,
도 17은 본 발명의 실시형태에 관한 PET 필름 상에 형성한 TiO2분산 SiO2막의 단면도,
도 18은 본 발명의 실시형태에 관한 피착체 상에 형성한 저온경화형 고활성광촉매 박막의 단면도,
도 19는 본 발명의 실시형태에 관한 피착체 상에 2층으로 적층 형성한 저온경화형 고활성광촉매 박막의 단면도,
도 20은 본 발명의 실시형태에 관한 유기색소의 분해시험결과를 나타낸 도,
도 21은 본 발명의 실시형태에 관한 전기음성도와 분해율의 관계를 나타낸 도,
도 22는 본 발명의 실시형태에 관한 전기음성도와 이온 반경의 관계를 나타낸 도,
도 23은 본 발명의 실시형태에 관한 저온경화형 고활성광촉매 박막의 연기포집효과를 나타낸 도,
도 24는 본 발명의 실시형태에 관한 연기부착필터의 광분해효과를 나타낸 도,
도 25는 본 발명의 실시형태에 관한 저온경화형 고활성광촉매 박막의 암모니아포집효과를 나타낸 도,
도 26은 본 발명의 실시형태에 관한 암모니아가스의 광분해효과를 나타낸 도,
도 27은 본 발명의 실시형태에 관한 연기부착 ABS판의 광분해효과를 나타낸 도,
도 28은 본 발명의 실시형태에 관한 샐러드유의 광분해효과를 나타낸 도,
도 29는 본 발명의 실시형태에 관한 유기색소의 분해시험결과를 나타낸 도,
도 30은 본 발명의 실시형태에 관한 제올라이트의 첨가효과를 나타낸 도,
도 31은 본 발명의 실시형태에 관한 Si와 Al의 비율의 영향을 나타낸 도,
도 32는 본 발명의 실시형태에 관한 이온교환 제올라이트의 첨가효과를 나타낸 도,
도 33은 본 발명의 실시형태에 관한 제올라이트첨가의 항균효과를 나타낸 도,
도 34는 본 발명의 실시형태에 관한 담배 연기의 분해시험결과를 나타낸 도,
도 35는 본 발명의 실시형태에 관한 바인더 첨가량에 대한 담배 연기의 분해시험결과를 나타낸 도,
도 36은 본 발명의 실시형태에 관한 실란올 도입량에 대한 담배 연기의 분해시험결과를 나타낸 도,
도 37은 본 발명의 실시형태에 관한 커플링제 첨가량에 대한 담배 연기의 분해시험결과를 나타낸 도.
종래의 기술을 사용하여 내열성이 낮은 기재, 예를 들어 플라스틱으로 만든 부품상에 대해 산화물박막을 형성하기 위해서는 불충분한 점이 있다. 졸겔법에 의하여 성막한 것에는 상기 문헌에도 기재되어 있는 항균, 방취재로서 항균타일이 있으나, 산화티타늄을 결정화시키기 위하여 수백℃, 적어도 300℃ 이상의 열처리가 필요하다. 따라서, 플라스틱류, 특히 범용의 열가소성 플라스틱류와 같은 내열성이 낮은 기재상에 대한 성막은 곤란하다.
또, 옥내와 같은 광강도가 낮은 환경에서는, TiO2자체의 유기물 분해 등의 분해속도가 충분하지 않고, 특별히 설치한 다른 광원을 필요로 한다는 문제점도 안고 있는 것이었다.
상기한 바와 같은 본 발명의 대상으로 하는 장치류는, 일반가정이나 사무실 등의 옥내 공간에서 사용하는 가정전화(電化)제품을 주로 한 것이나, 이들 제품류는 주로 유기고분자재료(플라스틱)가 사용되고 있다. 유리부품이 많이 사용되는 텔레비전이나 퍼스널컴퓨터류의 모니터를 예외로 하고, 일반 가정전화제품류의 부품의 소재로서는, 중량비로 약 40 내지 50%가 플라스틱이고 나머지 대부분이 금속류로 이루어진다. 용적비로는 90% 가까이를 플라스틱이 차지하고 있다. 플라스틱은, 경량화가 용이하고 의장성이 높고 가격적으로도 싸다는 등의 이유로 널리 사용되고 있으나, 그중에서도 특히 열가소성 플라스틱은 성형작업의 양산성이 높기 때문에 많이 사용되고 있다.
가장 광범하게 사용되는 구조부재로서의 범용플라스틱으로서는, 폴리프로필렌(PP), 아크릴부타디엔스티렌공중합체(ABS), 스티렌아크릴공중합체(AS), 폴리스티렌(PS), 나일론(PA), 폴리카보네이트(PC), 염화비닐(PVC), 메타크릴(PMMA), 폴리에틸렌(PE), 폴리아세탈(POM), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등을 들 수 있으나, 어떤 재료도 300℃를 넘는 환경에서의 변형에는 견딜 수 없다.
예를 들어, ASTM, D-648(18.6kg/cm2)의 열변형온도는 약 250℃이다. 특수한고내열성(高耐熱性) 수지로서 유리섬유 등을 이겨서 넣은 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에테르이미드 등과 같은 것도 있으나, 매우 비싸서 상기와 같은 용도로 대량으로 사용할 수 없다.
일반적으로 내열특성이 높은 소재일수록 가격이 비싸고, 특히 외장부품 등에 많이 사용되는 것이 PE, PS, ABS, PP, PVC이고, 이들로 평균하여 플라스틱부품류의 75% 이상을 차지한다. 이 중에서 가장 내열성이 높은 ABS에서도 상기한 ASTM 열변형온도는 120℃ 이하이고, 300℃에서는 완전히 용해되어 액상이 되고 산화분해도 진행된다.
또, 금속류 등의 무기재료의 표면에 도료를 도포한 면을 대상으로 하는 경우 이더라도, 300℃를 넘는 내열성을 가지는 재료는 한정된다. 통상, 도료에는 열경화성 수지가 사용된다. 예를 들면, 폴리에스테르, 아크릴, 멜라민, 에폭시, 우레탄 등이 대표예이고, 150℃ 정도의 온도에서 용착하는 것이 일반적이다. 이들 도료도, 300℃를 넘는 환경에 노출하면 광택을 소실하거나 박리가 생기는 등의 문제가 발생하는 일이 많다.
이들 데이터가 나타내는 바와 같이, 범용 재료에, 종래 기술로는 졸겔법에 의하여 성막하기 위해서는 내열특성상의 커다란 문제가 있었다.
한편, 300℃를 넘지 않는 온도범위 내에서 막을 형성하는 방법인, 스퍼터링, CVD, 진공증착법 등과 같은 물리적 방법에서는, 진공장치 등의 대규모 장치가 필요하고 생산비용이 높다. 또, 성막시 고진공하에서 막이 형성되기 때문에, 산화물광촉매의 조성비 어긋남이 크고 광촉매성능이 악화된다. 또한, 성막시에는 유기재료를 기판으로 하는 경우, 역(逆)스퍼터되어 기판에 데미지를 주어 기판의 변형 등을 초래하는 등의 문제점이 있다. 또, 졸겔법과 같은 도포법에 의한 화학적인 방법에 있어서는, 산화물미립자를 분산시킨 실리카졸을 사용하였을 경우, 내열성이 없는 기판상으로의 성막은, 열처리 온도가 낮기 때문에 충분한 소결이 불가능하고, 형성한 산화물막의 강도 및 내수성이 불충분하게 된다.
이상과 같은 이유에서, 종래 기존의 기술로는, 일반적인 전화제품에 사용하는 유기고분자재료의 표면에 변형이나 열화(劣化) 등의 데미지를 주는 일 없이 TiO2를 주성분으로 한 광촉매의 박막을 형성하는 것이 사실상 곤란했다.
본 발명의 목적은, 내열성이 부족한 재료, 예를 들어 플라스틱이나 도료의 표면상에도 형성 가능한 고활성 광촉매 박막 및 그것을 형성한 항균, 방오, 탈취효과를 가진 물품을 제공하는 데에 있다.
한편, TiO2등을 주성분으로 한 광촉매의 유기물분해효과 자체를 높이는 연구에 대해서는, 상기의 광촉매응용기술의 발명 중에서는 언급이 없다.
즉, TiO2를 함유하는 막의 광활성도를 개선하기 위한 재료배합상의 연구가 이루어지고 있지 않다. 따라서, 예를 들어, 탈취를 목적으로 한 종래 공지의 이용법인 일본국 특개 평8-309148호 공보나 일본국 특개 평8-266605호 공보의 경우, 또는 담배의 댓진 등에 의한 오염을 분해하는 등의 이용법인 일본국 특개 평9-38189호 공보의 경우나, 조리시의 기름 등의 오염을 분해하는 등의 용도에 대한 응용예인 일본국 특개 평5-157305호 등에 있어서, 어떤 것도 광촉매 자체의 활성도가 충분하지 않기 때문에, 자외선을 조사하는 기구나 가열수단 등을 병설함으로써 분해반응을 높이고 있다.
이들은, 광강도가 적은 경우의 TiO2자체의 유기물분해속도가 충분하지 않은 것이 최대의 원인이고, 이것을 높이기 위한 연구가 이루어져 있지 않으므로, 광강도를 늘리기 위한 수단으로서 자외선램프 등을 병용하고 있는 것이다. 자외선램프로서는, 통상 고압수은램프나 메탈 할라이드 램프 등이 사용되나, 전원장치나 냉각기구 등의 기구가 필요하게 되어 응용제품 전체의 중량이나 가격상승으로 이어진다. 또, 램프의 수명이 2000시간 정도이고 정기교환작업이 필요하게 되는 등, 실용성에 문제가 있었다.
종래 기술에서는, TiO2에 Fe, V를 첨가하여 분해효율을 올리기 위한 기술이 공지이기는 하나, 수백℃의 고온처리를 행하여 고성능화하고 있어, 저융점의 내열성이 부족한 기판재료에 대한 응용이 곤란하다.
본 발명의 다른 목적은, 저온으로 성막할 수 있는 광촉매막의 광분해효율을 TiO2단체(單體)에서의 분해효율보다 향상시켜, 종래 필요로 하였던 광강도보다 적은 강도에서도 부착물을 분해할 수 있도록 하는 데에 있다.
또 종래 기술에서는, 항균성이나 방취, 탈취 등의 용도에 있어서는, 대상으로 하는 물질이 유기물이고, 또 대상물이 미세입자 또는 분자형상이기 때문에, 부착된 액상 유기물이나 미립자형상 유기물은 분해할 수 있었으나, 크기가 큰 섬유류나 진애류에 대해서는 유기물이더라도 분해에 매우 시간이 걸리거나 또는 흙먼지를중심으로 한 무기물의 분해는 매우 곤란해서, 오염방지의 용도에 있어서는 불완전한 것이었다. 이들 오염물은, 일반적으로 전기적으로 대전(帶電)한 상태로 공기중에 부유하고 있기 때문에, 전기절연성이 높은 개체표면에 부착되면 그 정전기가 좀처럼 방전되지 않아, 부착된대로의 상태로 있게 된다. 부착된 무기물오염물에 의하여 빛이 차단되어 광촉매면에 충분한 빛이 조사되지 않고, 유기물의 분해효율을 저하시키는 문제도 있었다.
본 발명의 다른 목적은, 이들 광촉매의 산화분해효과로는 원리적으로 분해 제거하기가 곤란한 크기가 큰 진애류나 무기물계의 오염물이, 정전기력에 의하여 대상이 되는 부재로 하지 않도록 하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 특징으로 하는 바는, 공기청정기, 환기선, 선풍기, 청소기, 의류건조기, 식기건조기, 식기세척기, 음식물쓰레기처리기 등과 같은 전동송풍기를 구동시켜 공기흐름을 발생시키는 기구를 가지는, 주로 옥내에서 사용하는 전기제품의 부품 중에서, 공기유로나 그 공기유로중의 여과기구나 또는 실내조명광이 닿는 외장부품류의 표면에 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 설치하는 데에 있다.
대상으로 하는 부품의 소재의 융점 또는 분해온도가 300℃ 이하이고, 특히 범용의 열가소성 플라스틱으로 이루어지는 성형부재나 섬유부재, 발포체부재, 시트형상부재에는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 설치함으로써, 종래의 문제였던 오염, 미생물번식, 악취발생 등의 문제가 해결된다.
본 발명에서는, TiO2를 주체로 하는 산화물광촉매 박막의 막 두께의 최적화, TiO2입자지름의 최적화, 전기음성도가 낮은 적당한 이온의 첨가, SiO2를 바인더로 하는 경우의 TiO2와의 혼합비의 최적화, 전기친화력이 높은 산화물 반도체의 첨가, 적당한 귀금속류의 첨가 등의 배합처방에 의하여, 광촉매 반응의 활성도를 향상시킨 박막을 상기의 전기제품의 공기유로나 외장부품표면에 형성함으로써, 종래 불가능했었던 실내광레벨에서의 방오, 탈취, 미생물번식억제효과를 얻을 수 있게 된 것이다. 또 막의 적층화에 의하여 산화분해에 약한 유기물계의 바탕에 대한 데미지를 방지할 수 있다.
동시에 본 발명에서는, SiO2나 TiO2를 주체로 하는 무기폴리머의 박막을 형성시키는 공정중에, 유기금속화합물의 금속원자와 유기기와의 결합을 파괴시키기 위하여 필요한 특정파장을 포함하는 전자파를 조사하고 가수분해반응을 촉진하는 공정을 받아들임으로써, 무기폴리머의 고분자화를 저온에서 행할 수 있게 되었기 때문에, 상기와 같은 내열성이 낮은 범용의 열가소성 플라스틱 표면에도 변형이나 용융, 분해 등이 생기지 않을 정도의 저온에서 강고한 산화물광촉매 박막의 강도가 얻어지게 된 것이다.
이하, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막의 상세한 내용에 대하여 설명을 한다.
산화물광촉매인 TiO2미립자가 분산되어 있는 산화물광촉매 박막중에, 전기음성도가 1.6보다 작고 이온 반경이 0.2nm보다 작은 원소로서, 원자가가 2 이하인 이온을 첨가함으로써 반응효율이 개선된 것이다. 구체적인 첨가원소로서는 Na, Li, K, Sr, Mg, Ca, Zn이 특히 유효하고, 이들 원소의 첨가량으로서는 0.5 내지 20wt%가 바람직하다. TiO2미립자의 크기는 5 내지 20nm으로 조정하면 가장 유효적이다.
또 TiO2미립자가 SiO2중에 분산하고 있는 산화물광촉매 박막에 있어서는, TiO2/SiO2의 중량비가 9 내지 5인 것이 적합하다.
상기 산화물박막의 막 두께는 100 내지 500nm인 것이 바람직하다.
첨가하는 성분이 상기의 이온에 부가하여 다시, 적어도 전자친화력이 1.2 이상인 금속원소로 구성되는 산화물 반도체를 주체로 하는 산화물미립자가 분산되어 있으면 더욱 효과가 늘어난다. 특히 원소가 Sn, Fe, Cr로 이루어지는 것이 적합하다. 그 첨가량은 2 내지 50wt%가 바람직하다. 그 중에서도 ATO(안티몬첨가 산화주석. 안티몬의 중량비율은 1% 내지 10%가 바람직하다.)를 주체로 하는 산화물미립자는 특히 효과가 크다. 이들 반도성 미립자를 첨가하면, 막 자체의 표면저항치가 저하하기 때문에, 산화분해할 수 없는 무기계의 오염물을 함유하여 오염 자체가 정전기부착하기 어려워진다.
또한 산화물광촉매 박막을 복수의 적층구조로 해도 유효하며, 표면으로부터 세어 제 1 층은 SiO2중에 TiO2미립자가 분산되어 있고, 그 막 중에는 상기의 이온이 첨가되어 있으며, 표면으로부터 세어 제 2 층에는 상기의 산화물 반도체를 주체로 하는 산화물미립자가 분산되어 있는 것이다. 이에 따라 산화에 대하여 내구성이 낮은 플라스틱 등의 표면에서도 데미지를 주는 일 없이 효과적으로 광촉매가 기능한다. 또 상기 제 2 층에는 Fe, Al, Zr 중 적어도 1종이 첨가되어 있으면 더욱 효과적이다.
첨가성분은, 상기의 이온에 부가하여 다시 Pt, Rh, Pd, Ag, Cu, Ni 중 적어도 1종을 첨가하면 효과적이다.
TiO2는 광촉매로서의 기능을 가지고 있고, 유기물의 분해에 의한 항균, 소취, 방오 등의 작용을 갖는다. 그 기능은 반도체인 TiO2가 빛 특히 자외선을 조사하면 생기는 전자와 홀에 기인한다. 반도체인 TiO2는 밴드 갭 이상의 에너지를 가지는 빛을 조사하면 전자와 홀을 생성한다. 생성한 전자와 홀은 TiO2표면에 흡착한 물을 분해하여 H 라디칼과 OH 라디칼을 생성한다. 이 OH 라디칼이 유기물과 반응함으로써 유기물을 분해할 수 있다. 이와 같은 기구로 광촉매는 유기물 등을 분해하고 있으나, 더욱 반응속도를 크게 하기 위해서는 이하의 두가지 수단이 있다. 제 1은 하나의 활성점의 일량을 많게 하는 것이고, 제 2는 활성점의 수를 많게 하는 것이다. 활성점의 수를 많게 하기 위해서는, 표면적을 크게하는 것, 즉 TiO2를 미립자화함으로써 달성할 수 있다. 또, 활성점의 일량을 많게 하기 위해서는, TiO2(아나타아제)의 결정화를 좋게 하는 것과 전자와 홀의 재결합을 방지하는 것이다. 이상을 만족시킴으로써 반응속도를 크게 할 수 있다. 그러나, TiO2(아나타아제)의 결정화를 좋게 하는 것과 표면적을 크게 하는 것은 상반되는 것이어서 양립은 곤란하다. 즉, 결정성을 향상시키는 것은 입자지름의 증가를 초래하여 표면적은 저하하게 된다. 따라서, 결정성을 향상시키는 방향과 표면적을 크게 하는 방향 사이에 최적영역이 존재한다. 그 최적영역은 본 발명의 대부분의 실험결과로부터 5 내지 20nm임을 알아내었다. TiO2미립자를 분산시키는 경우에 무기바인더로서 사용하는 산화물의 종류를 바꾸더라도 이 입자지름의 범위에서 분해속도가 커졌다.
전자와 홀의 재결합을 방지함으로써 반응속도를 향상시키기 위해서는, 전자와 홀의 분리효율을 올림으로써 달성된다. TiO2표면에는 Ti 결함이 존재한다. 이 결함은 전자와 홀의 재결합점으로 되어 반응을 저해한다. 여기에, 이온 반경이 Ti와 동일한 정도의 이온이 첨가되면 표면의 Ti 결함에 침입하여 결함이 소멸하여 재결합점이 감소한다. 또한, 양이온으로 존재하기 때문에, 전자를 끌어당겨 홀과 분리할 수 있고, 유기물의 산화반응을 촉진할 수 있다. 본 발명은, 이와 같은 효과를 갖는 첨가제의 조건이 전기음성도가 1.6보다 작고, 이온 반경이 0.2nm보다 작은 것이 유효함을 알아내었다.
또한, 본 발명은 다른 산화물 반도체 미립자의 첨가에 의해서도 고성능화할 수 있음을 알아내었다. 이것은 캐리어농도가 작은 TiO2에 캐리어농도가 큰 산화물 반도체로부터 캐리어를 주입함으로써 달성된다. 따라서, 산화물 반도체로부터 TiO2에 캐리어가 흐르기 쉽게 할 필요가 있다. 산화물 반도체의 전자친화력이 Ti 이하이면 쇼트 키 배리어가 형성된다. 그래서, 첨가하는 재료는 전자친화력이 1.2ev이상일 필요가 있다.
또, 본 발명에서는 Fe, Al, Zr을 첨가하면 TiO2의 광촉매가 상실되는 것도 알아내었다. 유기물을 주체로 하는 기판 재료를 사용하였을 경우, 광촉매작용에 의하여 기판을 자기파괴한다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은 기판과 광촉매 사이에 배리어층을 형성하나, 이 배리어층에 Fe, Al, Zr을 첨가함으로써 완전히 자기파괴를 억제할 수 있다. 또한, 고성능인 배리어층이기 때문에 막 두께를 충분히 얇게 하는 것이 가능하게 되었다. ATO 등의 도전성 미립자를 첨가한 경우 및 적층한 경우에는, 광촉매 성능을 향상함과 동시에 대전방지기능이 부여됨으로써 유기물 분해뿐만 아니라 공기중에 부유하고 있는 먼지 등의 무기물의 부착을 방지하여, 보다 고성능인 방오기능을 제공할 수 있다. 또, 본 발명에서는 상기와 같은 활성이 높아, 종래보다 미약한 광조도(光照度)로 분해할 수 있고 또는 대전방지기능을 가지고 있으므로, 오염으로 되는 미립자 자체가 정전기에 의해 부착되기 어려운 특성을 갖는 고활성광촉매의 박막을, 값싸고 범용성이 높은 것의, 종래의 막 형성방법에서는 내열성이 불충분한 소재표면에 막 형성할 수 있도록 하였다.
이것을 위해서는, 티타늄이나 실리콘을 함유하는 저분자량의 유기금속화합물과 물을 함유하는 용액을, 무기폴리머화하여 고분자화할 때에 상기 유기금속화합물의 금속원자와 유기기와의 결합을 파괴시키기 위하여 필요한 특정파장을 가지는 전자파를 조사하는 공정을 넣음으로써, 상기 유기금속화합물의 가수분해반응이 촉진되고, 상기 용액중에 금속산화물의 프레폴리머가 형성되며, 막형성온도를 낮게 할 수 있다.
상기 특정파장의 전자파란, 자외선광이 가장 바람직하다. 저분자량의 유기금속화합물과 물을 함유하는 용액을, 피착체표면에 도포한 후에 자외선광 등의 상기 유기금속화합물의 금속원자와 유기기와의 결합을 파괴시키기 위하여 필요한 특정파장을 가지는 전자파를 조사하도록 하고, 동시에 가열건조하거나 또는 전자파조사공정 후에 도포막을 가열건조하도록 하는 것이 가장 바람직하다.
또, 종래의 기술에서 사용되고 있던 광촉매성을 가지는 산화티타늄입자를 무기박막중에 분산한 것에서는, 산화티타늄만으로 구성되는 광촉매에 비하여 산화티타늄의 점유면적이 작은만큼 성능이 저하한다는 문제가 있었다. 특히, 막 강도를 필요로 하는 경우에는 무기바인더를 많이 첨가하여 강도를 강하게 하나 활성은 현저하게 저하한다는 문제가 있었다.
그래서 본 발명의 목적은, 산화티타늄이 바인더중에 분산된 구성이더라도, 고활성인 광촉매재료를 제공하고 생활환경하에서도 충분히 기능하는 광촉매를 사용한 제품을 제공하는 데에 있다. 특히 광촉매의 셀프클리닝특성을 이용하여 제품의 부품교환 및 세정횟수를 저감시킨다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 산화티타늄으로 이루어지는 광촉매에 ATO, RuO2를 첨가한다. 또, Li, Na, Mg 중 어느 1종을 첨가한다.
또, 본 발명은 산화티타늄분말에 직접 ATO 입자를 코팅함으로써 이종반도체계면의 접합상태를 양호하게 하는 제조법이다. 또한, 본 발명은 전처리로서 고온처리하고, 코팅시에는 120℃ 정도의 저온에서 성막이 가능한 코팅방법이다.
산화물 반도체의 전자친화력이 Ti의 그것보다 작은 경우에는, 미립자의 입자계면에는 쇼트 키 배리어가 형성되어, 첨가한 산화물 반도체의 캐리어를 TiO2중에 주입할 수 없어 효과가 나타나지 않는다. 이에 대하여 산화물 반도체의 전자친화력이 Ti의 그것보다 작은 경우에는, 미립자의 입자계면에는 쇼트 키 배리어가 형성되지 않고 오믹접합으로 되어, 용이하게 산화물 반도체의 캐리어가 TiO2중에 주입되어 유효하게 기능한다. 특히 ATO는, 전자친화력이 Ti보다 약간 작으나, 그 차(差)는 거의 없기 때문에 성능향상이 보여진다. 도전성 산화물인 ATO는 캐리어농도가 높고 ATO의 대량의 캐리어가 TiO2중으로 주입되어, 광촉매의 활성이 향상된다.
또, 최근 ATO는 도전성 산화물로서 주목받아 초미립자가 시판되고 있다. TiO2광촉매에 초미립자 ATO를 첨가하여 보다 간단하게 ATO 첨가 TiO2광촉매를 제작할 수 있다. 단, 이와 같은 초미립자 ATO를 사용하였을 경우, 초미립자 ATO 첨가에서는 TiO2미립자에 접촉한 ATO 입자도 존재하나, SiO2중에 존재하는 입자도 있어 효율적이지 않다. 한편, 본 발명의 제조법의 경우에는 TiO2미립자에 미리 ATO 용액을 첨가하여 소성하기 때문에, ATO와 TiO2입자의 접촉면적이 크고, 또한 소성에 의하여 접합상태도 양호하여 이종반도체사이에서의 전자이동도 원활하게 된다. 또 p형 반도체인 RuO2는, n형 반도체인 TiO2, ATO가 빛을 흡수하여 생성한 전자와 홀 중 홀을 끌어당기기 때문에 전자와 홀의 재결합을 억제할 수 있다. 따라서, 빛을 흡수하여 생성한 전자 및 홀을 유효하게 촉매반응에 이용할 수 있고, 또한 분해율을 향상시킬 수 있다.
또, Li, Na, Mg의 첨가는 그들의 이온 반경이 Ti의 이온 반경과 가까워, TiO2표면의 Ti 결함에 용이하게 침입하고 결정의 안정성을 증가시킨다. 또, Li, Na, Mg는 이온성이 강하기 때문에 전자를 끌어당기기 쉬워, 빛을 흡수하여 생성한 전자와 홀을 분리하여 반응효율을 크게 할 수 있다.
본 발명의 성막법은, 120℃ 정도에서 제작이 가능하고, 세라믹스기판은 물론이고 플라스틱재료에 대한 응용이 가능하다. 통상의 졸겔법에서는, 400℃ 정도의 온도가 필요하기 때문에 플라스틱제품에 대한 응용이 곤란하거나 TiO2의 결정화에 10분 이상의 시간이 필요하다. 한편, 본 발명의 제작법은 저온에서 성막이 가능하기 때문에, 사용할 수 있는 기재가 풍부하고 어떠한 표면에도 광촉매를 성막할 수 있다. 또, 수분간 등의 단시간처리가 가능하여 생산비용의 대폭적인 저하가 가능하다.
본 발명은, 산화티타늄으로 이루어지는 광촉매에 RSO(RuSrO3)를 첨가한 것이다. 또 본 발명은 STO(SrTiO3), RSO, 바인더로 이루어지는 광촉매이다. 또한, 본 발명은 Li, Na, Mg 중 어느 1종을 첨가하는 것을 특징으로 하는 광촉매이다.
또, 본 발명은, 반도체 광촉매 분말에 직접 RSO를 코팅함으로써 이종 반도체 사이의 계면의 접합상태를 양호하게 하는 제조법이며, 또한 전처리로서 고온처리하고 코팅시에는 120℃ 정도의 저온에서 성막이 가능한 코팅방법이다.
RSO 첨가 광촉매는, RSO와 TiO2가 접촉함으로써, RSO의 홀을 TiO2광촉매가 이용함에 따라 광촉매의 성능이 향상한다. 한편, 촉매의 산화활성은, 빛의 흡수에 의하여 생성한 전자와 홀의 산화환원작용에 기인한다. 특히 생성한 홀은, 수산화라디칼을 생성하여 강력한 산화작용이 생긴다. RSO는 p형 반도체이고 대량의 홀을 갖는다. RSO와 TiO2가 접촉함으로써 TiO2중에 홀이 주입되어 TiO2표면에서 유기물 등을 산화시켜, 광촉매의 활성을 향상할 수 있다.
Li, Na, Mg는 이온 반경이 Ti의 이온 반경과 가까워, TiO2표면의 Ti 결함에 용이하게 침입하여 결정의 안정성을 증가시킨다. 또, Li, Na, Mg는 이온성이 강하기 때문에 전자를 끌어당기기 쉬워, 빛을 흡수하여 생성한 전자와 홀을 분리하여 반응효율을 크게 할 수 있다.
RSO 첨가는, RSO 분말을 TiO2분말에 혼합하는 수법과 산화티타늄분말에 RSO 졸을 코팅하여 소성하는 방법이 있다. 전자는 TiO2미립자에 접촉한 RSO 입자도 존재하나 SiO2를 바인더로서 사용하기 때문에 SiO2중에 존재하는 입자도 있어, 효율적이지 않다. 한편, 후자는 TiO2미립자에 미리 RSO 용액을 첨가하여 소성할 수 있어, RSO와 TiO2입자의 접촉면적이 크고 또한 소성에 의하여 접합상태도 양호하여이종 반도체 사이에서의 전자이동도 원활하게 된다. 그러나, RSO를 제작하기 위해서는 700 내지 850℃라는 온도가 필요하고, 이 이하의 온도에서는 RSO가 결정화하지 않기 때문에 p형 반도체로서 기능하지 않는다. TiO2의 경우, 600℃ 이상에서 그 결정은 루틸형으로 된다. 광촉매로서의 충분한 기능을 발현하는 것은 아나타아제형이다. 루틸형으로는 광촉매의 성능이 급격히 저하하게 된다. 따라서, RSO 첨가후에 TiO2를 고온처리하면, RSO는 p형 반도체로 되나, TiO2는 루틸형으로 상(相) 전이하여 광촉매로서의 기능을 상실하게 된다. 그래서, 광촉매로서 TiO2와 동일한 기능을 기대할 수 있는 STO(SrTiO3)를 사용하여 RSO 첨가 STO 광촉매가 유효하게 된다. STO는 TiO2와 거의 동일한 밴드구조를 가지고 있다. 또, 그 제조법은 700 내지 850℃와 같은 고온에서 처리하여 결정화시킨다. 또한, RSO와 STO는 어떤 결정이나 페로브스카이트로서 그 결정격자정수는 Sr-O가 공통이기 때문에 거의 동일하다. 따라서, 제작조건도 RSO에 매우 가깝고 접합상태도 양호하게 되어 광촉매의 활성을 향상시킬 수 있다.
또, 종래의 광촉매는 분해속도가 작기 때문에, 가스의 분해제거에 시간을 필요로 하였다. 또, 빛이 조사되지 않는 경우에는 무력해서 광 조사시에만 작용한다. 따라서, 세균 등에 대하여 항균작용에 의하여 세균수를 감소시킬 수 있으나, 광 미조사시간이 길면 세균 번식의 우려가 있다.
그래서, 본 발명의 목적은 가스 제거 속도를 크게 함과 동시에 광 미조사시의 항균작용을 가미하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 산화티타늄으로 이루어지는 광촉매에 흡착제를 첨가하였다. 첨가한 흡착제는 제올라이트이다. 또, 본 발명은 산화티타늄으로 이루어지는 광촉매에 Cu, Ag, Li, Na, Mg 중 어느 하나를 이온 교환한 제올라이트이다.
종래의 광촉매는 산화티타늄으로 대표되는 반도체 광촉매재료로 이루어진다. 이들 재료는 광촉매의 산화환원반응에 의하여 항균 및 셀프클리닝할 수 있는 것이 특징이다. 셀프클리닝은 오염이 눈에 띄게 되면 촉매의 열화를 알 수 있을지도 모르나, 항균성은 눈으로 보아 판단하기가 어렵다. 특히 막 박리 및 성능열화 등, 기능이 저하하였음에도 불구하고 알아차리지 못하고 사용하면 위험한 세균 등의 번식이 진행되고, 문제로 될 가능성이 있다.
그래서, 본 발명은 눈으로 보아 간단하게 성능을 판단할 수 있는 광촉매재료를 제공하는 데에 있다.
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광촉매로 이루어지는 항균, 방오재료에 있어서 기능의 열화를 눈으로 보아 알 수 있는 것을 특징으로 하는 광촉매로 이루어지는 항균, 방오재료로서, 산화티타늄으로 이루어지는 광촉매에 가시광을 흡수하는 안료를 첨가한 광촉매이다.
광촉매는 일반적으로 자외선을 흡수하여 촉매작용을 생기게 한다. 생활환경하에서 근소한 자외선만 존재하고, 이 미량인 빛을 이용하여 광촉매는 항균, 방오를 행하고 있다. 가시광을 유효하게 이용할 수 있으면 생활환경하에서 고성능인광촉매를 제공할 수 있다. 태양전지에서는 이미 가시광을 이용한 산화티타늄을 사용한 습식 태양전지가 시험제작되고 있다. 이것은, 가시광을 흡수하는 색소를 적층하고, 색소가 가시광을 흡수하여 여기(勵起)한 전자가 산화티타늄을 자극하고 전류가 흐른다는 증감작용에 의한 것이다. 동일한 감소는 광촉매에도 동일한 효과를 기대할 수 있다. 산화티타늄에 가시광을 흡수하는 재료를 첨가함으로써, 가시광을 흡수하여 여기한 전자를 산화티타늄을 자극하여 광촉매의 산화환원반응에 이용할 수 있다. 단, 이와 같은 증감작용을 갖는 색소는 유기물계가 많고, 자외선에 의하여 직접 분해할 뿐만 아니라 광촉매작용에 의해서도 간단히 분해된다. 또한, 가시광을 유효이용하기 때문에 성능도 향상하고 보다 분해하기 쉬운 상태로 되어, 생활환경하에서도 곧 열화한다. 그래서, 본 발명에서는 자외선에 의한 열화가 적은 안료계에 착안하여 시험을 행한 바, 안료계는 분해속도가 작고, 또한 증감작용도 갖는 것을 알아냈다. 안료라고는 하나 원료는 유기물이 주(主)이기 때문에 어느 것이나 분해되어 열화한다. 그러나, 안료첨가의 경우에는 생활환경하에서 서서히 분해하기 때문에, 반대로 이것을 이용하면 제품의 부품교환시기에 분해속도를 조정하여 교환시기를 재료가 알리는 것이 가능하게 된다.
또, 종래의 광촉매는 산화티타늄으로 대표되는 반도체 광촉매재료로 이루어진다. 이들 재료는 광촉매의 산화환원반응에 의하여 항균 및 셀프클리닝할 수 있는 것이 특징이다. 셀프클리닝은 오염이 눈에 띄게 되면 촉매의 열화를 알 수 있을지도 모르나, 항균성은 눈으로 보아 판단하기가 어렵다. 특히 막 박리 및 성능열화 등, 기능이 저하하였음에도 불구하고 알아차리지 못하고 사용하면 위험한 세균 등의 번식이 진행되어, 문제가 될 가능성이 있다.
그래서, 본 발명은 눈으로 보아 간단히 성능을 판단할 수 있는 광촉매재료를 제공하기 위하여, 본 발명은 광촉매로 이루어지는 항균, 방오재료에 있어서 기능의 열화를 눈으로 보아 알 수 있는 것을 특징으로 하는 광촉매로 이루어지는 항균, 방오재료로서, 산화티타늄으로 이루어지는 광촉매에 가시광을 흡수하는 안료를 첨가한 광촉매이다.
광촉매는 일반적으로 자외선을 흡수하여 촉매작용을 생기게 한다. 생활환경하에서 근소한 자외선만 존재하고, 이 미량인 빛을 이용하여 광촉매는 항균, 방오를 행하고 있다. 가시광을 유효하게 이용할 수 있으면 생활환경하에서 고성능인 광촉매를 제공할 수 있다. 태양전지에서는 이미 가시광을 이용한 산화티타늄을 사용한 습식 태양전지가 시험제작되고 있다. 이것은, 가시광을 흡수하는 색소를 적층하여, 색소가 가시광을 흡수하여 여기한 전자가 산화티타늄을 자극하고 전류가 흐른다는 증감작용에 의한 것이다. 동일한 감소는 광촉매에도 동일한 효과를 기대할 수 있다. 산화티타늄에 가시광을 흡수하는 재료를 첨가함으로써, 가시광을 흡수하여 여기한 전자를 산화티타늄을 자극하여 광촉매의 산화환원반응에 이용할 수 있다. 단, 이와 같은 증감작용을 가지는 색소는 유기물계가 많고, 자외선에 의하여 직접 분해할 뿐만 아니라 광촉매작용에 의해서도 간단히 분해된다. 또한, 가시광을 유효이용하기 때문에 성능도 향상하고 보다 분해하기 쉬운 상태로 되어, 생활환경하에서도 곧 열화한다. 그래서, 본 발명에서는 자외선에 의한 열화가 적은 안료계에 착안하여 시험을 행한 바, 안료계는 분해속도가 작고, 또한 증감작용도 가지는 것을 알아내었다. 안료라고는 하나 원료는 유기물이 주(主)이기 때문에 어느 것이나 분해되어 열화한다. 그러나, 안료첨가의 경우에는 생활환경하에서 서서히 분해하기 때문에, 반대로 이것을 이용하면 제품의 부품교환시기에 분해속도를 조정하여 교환시기를 재료가 알리는 것이 가능하게 된다.
또, 종래, 플라스틱제품에 응용한 광촉매는, 산화티타늄에 실리카 등의 무기바인더를 첨가한 것이다. 이와 같은 산화티타늄입자를 무기바인더로 분산한 광촉매는, 산화티타늄만으로 구성되는 광촉매에 비하여 산화티타늄의 점유면적이 작은만큼 성능이 저하한다는 문제가 있었다. 특히, 막 강도를 필요로 하는 경우에는 무기바인더를 많이 첨가하여 강도를 강하게 하나 활성은 현저히 저하한다는 문제가 있었다. 또, 광촉매는 유기물의 분해에 뛰어나나 무기물 오염에 대해서는 무력하다. 단, 무기물 오염은 유기물 오염 위에 극단적으로 부착된다. 광촉매작용에 의하여 유기물 오염을 제거하면 무기물 오염의 부착도 어느 정도 방지할 수 있다. 그러나, 일단 무기물이 부착되면 부착된 부분은 빛이 투과하는 일이 없어 광촉매작용이 상실되고, 유기물 오염을 분해할 수 없어 결과적으로 오염이 촉진된다. 그래서 친수성을 높이는 등에 의하여 세정을 행하여 무기물의 부착을 제거함으로써 대응하고 있다. 그러나, 세정하는 광촉매재료 및 제품에 대해서는, 광촉매를 구성하는 바인더를 많이 사용함으로써 강도를 향상시킬 필요가 있으나, 상기와 같이 광촉매작용은 저하한다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명에서는, 바인더를 다량으로 첨가하더라도 광촉매의 성능저하를 생기게 하는 일 없이, 물 세정 등의 세정을 행한 경우에 막 박리가 생기지 않는광촉매재료를 제공하여, 유기물뿐만 아니라 무기물 오염을 간단히 세정할 수 있고, 제품의 세정횟수 및 부품교환을 적게 한다.
본 발명은 광촉매로 이루어지는 항균방오작용을 갖는 재료에 있어서, 물 세정이 가능하고 무기물 오염을 제거할 수 있고, 유기수지를 첨가함으로써 강도를 보다 강하게 한다.
또, 본 발명의 광촉매는 바인더로서 사용하는 유기수지가 실란올기를 가지거나 또는 유기수지가 UV 경화성을 가진다. UV 경화성 수지를 사용하는 경우에는 Al, Ti, Si계 커플링제를 첨가한다.
광촉매를 플라스틱표면에 코팅하는 경우, 실리카를 바인더에 사용하였을 경우에는 플라스틱표면과의 접착은 불충분하다. 한편, 유기수지는 기재에 맞추어 재료의 선택을 행하면 접착력은 충분하게 되어 세정에 견딜 수 있는 강도를 생기게 한다. 그러나, 유기수지는 광촉매작용에 의하여 분해해 간다. 이를 방지하기 위해서는 무기계의 재료를 사용하는 것이 바람직하나, 이 경우 강도가 낮아진다. 그래서, 유기수지의 측쇄에 무기계의 관능기를 도입하여 산화티타늄표면과의 접촉부를 무기계에 의하여 결합시킴으로써 분해를 억제할 수 있다.
또, 유기수지를 사용하는 경우, 실리카와 같은 세라믹스재료와 달리, 열을 가하지 않더라도 경화할 수 있다. 예를 들어 실온경화수지를 사용함으로써 달성할 수 있는 특징도 있다. 그러나, 실온경화계는 순간접착제와 같은 것 이외에 24시간 정도의 시간이 걸린다. 순간접착제는 단시간에 경화하나 광촉매에 의하여 서서히 분해된다. 단시간에 경화가 가능하고 또한 내광성(耐光性)이 뛰어난 수지로서는UV 경화계를 들 수 있다. UV 경화계는 자외선에 의하여 경화하는 것이며, 형광등으로부터 조사되는 자외선에 의하여 서서히 중합하여 경화한다. 그러나, 광촉매에 의하여 서서히 분해해 가는 것도 사실이다. 따라서, 광경화(光硬化)와 광분해를 적당히 조합함으로써 결과적으로 내광성을 향상시킬 수 있다.
UV 경화수지는, 완전히 TiO2입자 표면을 수지가 덮어 촉매특성이 상실된다. 그래서, 커플링제를 첨가함으로써 TiO2표면의 노출부가 많아지게 할 수 있다. 또, 광촉매는 표면흡착수를 분해하여 라디칼을 생성하나, 커플링제를 첨가함으로써 표면흡착수를 많이 유지할 수 있어, 촉매성능을 발현할 수 있다.
이하 본 발명의 실시형태의 일례를 도 1 내지 도 37에 의하여 설명한다.
각종 성형품이나 도장강판류나 필터 등의 표면에 형성한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막의 배합조성내용과 실시예의 효과는 표 1 내지 표 9에 정리하여 나타낸다.
(실시예 1)
도 1, 도 2 및 도 3에 의하여 본 발명의 제 1 실시예인 공기청정기에 대하여 설명한다.
도 1은 여과형 공기청정기 본체의 구성도이고, 도 2는 본체 사시도이다. 공기청정기 본체(1)는, 리어 커버(12)에 콘덴서 모터(7)를 나사(8)로 고정하고, 모터구동용 콘덴서(11), 운전스위치(9)를 고정하며, 팬(6)은, 너트(5)로 콘덴서 모터(7)에 고정하고, 리어 커버(12)와 프레임(4)을 나사(13)로 고정하고 있다. 또, 필터(3)는, 패널(흡입구)(2)에 고정하고, 패널(흡입구)(2)를 떼어내어 필터(3)를 인출한다. 스위치 노브(10)는 운전스위치(9)에 고정한다.
콘덴서 모터(7)의 구동력에 의하여 팬(6)이 회전되어 공기흐름을 만들어낸다. 이 공기흐름에 의하여, 진애나 연기, 오일미립자나 미생물이나 미생물의 시체류, 꽃가루류나 악취 등을 포함하는 실내의 오염된 공기를 패널(흡입구)(2)로부터빨아들인다. 빨아들여진 오염된 공기는, 필터(3)부분으로 여과되어 청정화된 후에 그릴(14)부의 배기구(15)로부터 배출된다. 필터(3)부분은, 각종 오염이나 냄새를 제거하기 위한 기능을 갖게 하기 위하여 복합구조로 되어 있다. 필터(3)는, 바깥쪽표면을 덮는 층인 바깥쪽필터(3a)와 바깥쪽필터(3a)의 내부에 있는 안쪽필터(3b)로 구성된다(도시생략). 어느 쪽의 필터도 기본구조는, 진애류를 여과하기 위하여 폴리에스테르나 우레탄, 셀룰로스, 나일론 또는 일렉트렛화 처리한 폴리올레핀류 등의 부직포층이나 스펀지형상의 다공질층이 사용된다. 안쪽필터(3b)에는, 이들 기본구조에 부가하여, 냄새를 흡착하기 위한 활성탄입자나 섬유류가 혼합이나 혼방 또는 봉입(封入)된다. 또, 섬유 자체에 냄새를 중화하기 위한 약제가 침투 또는 표면에 전착(展着)시키는 경우도 있다. 약제로서는, 각종 유기산이나 후라보노이드류의 알카로이드 등 외에, 미생물의 번식을 억제하기 위한 항균제류도 아울러 사용된다. 최근에는 안전성이 높은 키틴, 키토산류나 카테킨유도체 등도 사용된다. 발생시키는 풍량은 약 2 내지 3(m3/분)이고, 4평의 실내에서는 30분간의 운전으로 70 내지 95%의 담배 연기를 제거할 능력을 갖는다.
본 실시예에서는, 상기 바깥쪽필터(3a)는, 아크릴섬유의 부직포로 이루어지고, 이 표면에는 후기의 표 3에 나타낸 샘플 No.21의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다. 아크릴부직포필터는, 코로나방전처리한 후에, SiO2만의 박막, 즉 표 1의 샘플 No.12가 바탕층으로서 형성되고, 이 막을 형성시킨 후에 샘플 No.21의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성된다. 막의 형성방법에 대해서는 후기의 실시예 9에서 상세하게 설명하겠으나, 소정의 졸을 조정하여 각종 방법으로 워크에 도장한 후에 120℃ 분위기중에서 저압수은램프를 조사하면서 경화시켰다. 이하 각종 실시예 중에서의 사례에서도 동일한 수단으로 막을 형성하였다. 도포방법에 대해서는, 워크형상에 따라 스프레이, 침지, 솔칠 등의 방법으로 행하였다.
바깥쪽필터(3a)는 패널(흡입구)(2)로부터 끌어들인 오염된 공기를 맨처음으로 여과하는 부품이며, 진애나 연기, 오일미립자나 미생물이나 미생물의 시체류, 꽃가루류나 악취 등의 각종 이물이 다량으로 부착된다. 패널(흡입구)(2)에는, 공기를 효율적으로 빨아들이기 위하여 다수의 개구부가 설치되어 있고, 바깥쪽필터(3a)의 공기흡입면에는 이 개구부로부터 실내조명이나 태양광 등의 빛이 조사된다. 이 빛에 의하여, 바깥쪽필터(3a)의 표면에 포집된 이물은 산화분해된다. 특히 담배 연기나 오일미립자는, 필터표면의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매에 박막형상으로 부착되므로, 효율적으로 분해된다. 또 공기중에 부유하는 세균류나 곰팡이와 같은 각종 미생물류는, 고활성광촉매의 분해작용에 의하여 사멸 또는 번식이 억제된다. 또 유리질의 피막으로 부직포필터의 섬유표면을 덮음으로써 연기 입자와의 젖음성이 좋아져 연기포집효과도 향상한다.
또, 본 공기청정기 본체(1) 외장부품인, 패널(흡입구)(2), 프레임(4), 운전스위치(9) 및 리어 커버(12)는 열가소성 플라스틱 ABS의 사출성형품이다. 이들 부품의 바깥쪽면에는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 이들 대상 ABS 부품류의 표면에는 후기의 표 6에 나타낸샘플, 이 아크릴부직포필터 표면의 박막의 모식도를 단면도로 도 19에 나타낸다. 플라스틱피착체(189)는 여기서는 아크릴섬유이고, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막은 표면 제 1 층(194)과 표면 제 2 층(192)으로 구성되며, 모두 SiO2막(186) 속에 TiO2미립자(187)와 리튬(190)이 분산된 상태로 되어 있으며, 표면 제 2 층(192) 중에는 안티몬첨가 산화주석미립자(193)가 분산하고 있다.
No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 아크릴부직포필터는, 코로나방전처리한 후에 제 1 층이 형성되고, 이 막을 형성시킨 후에 샘플 No.86의 ATO를 함유하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 제 2 층이 형성된다.
이들 외장부품에는 실내조명이나 태양광 등의 빛이 조사된다. 따라서, 상기한 바와 같은 각종 이물이 부착되더라도 필터의 경우와 동일하게 산화 분해된다.
도 3에는 정전기집진식 공기청정기의 단면도를 나타낸다. 전체는 프론트 커버(16) 및 리어 커버(17)로 구성된다. 프론트 커버(16), 패널(18)에 흡기구(19)와 배기구(20)를 설치하고, 흡기구(19) 및, 흡기구(19)와 배기구(20)를 연결하는 통풍로중에는 착탈이 자유로운 프리 필터(21)가 있다. 후방에는, 집진전극(22)과, 방전전극(23)을 대치시켜 설치하고, 다시 집진전극(22)과, 방전전극(23)에서 발생하는 오존을 제거하기 위한 오존제거필터(24)가 있고, 프리 필터(21), 집진전극(22), 방전전극(23), 오존제거필터(24)가 프레임체(25)에 장착된 집진유닛이 있다. 더욱 후방에는, 집진유닛과의 접촉부에 완충재(26), 송풍기(27)와 집진유닛을 접속하는덕트(28) 및 송풍기(27)가 있으며, 완충재(26)는 덕트(28)에 설치하고, 또한 덕트(28)는 송풍기(27)에 설치되어, 동일체로 구성된 송풍유닛이 있다. 청정화된 공기는 배기구(20)로부터 배기된다.
상기 프리 필터(21)는, 여과형 공기청정기의 경우에서의 바깥쪽필터(3a)와 동일한 역할을 한다.
본 실시예에서는, 이 프리 필터(21)는 나일론으로 만든 네트이고, 이 표면에는 후기의 표 3에 나타낸 샘플 No.21의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 나일론으로 만든 네트는, 자외선조사처리한 후에 샘플 No.21의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성된다. 이 나일론네트 표면의 박막의 모식도를 단면도로 도 18에 나타낸다. 플라스틱피착체(189)는, 여기서는 나일론섬유이고, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막(191)은 SiO2막(186) 중에 TiO2미립자(187)와 리튬(190)이 분산된 상태로 되어 있다.
또 리어 커버(17)는 ABS의 사출성형품이고, 프론트 커버(16)는 아연도금강판을 소성가공한 것으로서, 바깥쪽면은 폴리에스테르계의 용착도료로 도장되어 있다. 이들 리어 커버(17), 프론트 커버(16)의 바깥쪽면에는 상기와 동일하게 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
(실시예 2)
도 4에 의하여 본 발명의 제 2 실시예인 환기선에 대하여 설명한다.
도 4에는 부엌용 환기선의 구조를 측면에서 본 단면도로 나타낸다. 상자형프레임(29)에는 전동기(30)를 설치하고, 전동기(30)에는 블레이드(31)가 설치되어 있다. 또 프레임(29)의 옥외쪽(배기쪽)에는 셔터(32)가 설치되어 있고, 프레임(29)의 옥내쪽(흡기쪽)에는 오리피스(33)가 설치되어 있다. 오리피스(33)의 옥내쪽(흡기쪽) 상부에는 형광관(34) 부착 조명기구(35)가 설치되어 있다. 오리피스(33), 조명기구(35)의 옥내쪽(흡기쪽)에는 필터(36)가 설치되어 있다. 필터(36) 하부에는 오일 포켓(37)이 있다.
환기능력은, 일반적인 블레이드(31)의 직경이 25(cm)인 경우, 약 800 내지 1000(m3/시간)이다.
도 4의 구조는 부엌 시방의 환기선을 나타내나, 일반옥내용, 화장실용, 목욕탕용 등도 설치각도나 부품의 위치관계가 약간 다를 뿐이고, 기본적인 구조는 동일하다.
필터(36)의 구조는 상기한 공기청정기의 경우와 동일하게, 각종 용도에 따라 복합구조로 하여 탈취기능이나 항균기능을 부여할 수 있다.
본 실시예에서는 필터(36)는 아크릴섬유의 부직포로 이루어지는 단층필터이고, 그 표면에는 표 3에 나타낸 샘플 No.22의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 아크릴부직포필터는, 코로나방전처리한 후에 SiO2만의 박막, 즉 표 1의 샘플 No.12가 바탕층으로서 형성되고, 이 막을 형성시킨 후에 샘플 No.22의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성된다.
프레임(29)은, PS(하이 임팩트 스티롤수지)의 사출성형품이고, 오리피스(33)및 블레이드(31)는 ABS의 사출성형품이다. 이들 성형부품의 표면에는, 상기의 공기청정기와 동일하게 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
또 옥외에 면하는 부품인 셔터(32)는 용융아연도금처리를 한 냉간압연강판으로 만든 것이며, 그 표면에는 아크릴계 수지가 전착(電着)도장되어 있고, 그 표면에는 상기와 동일하게 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
필터(36)의 옥내를 면하는 면은 옥내 조명에 의한 빛이 조사되고, 반대면은 조명기구(35)로부터 발하는 빛이 조사된다. 또 프레임(29), 오리피스(33) 및 블레이드(31), 오일 포켓(37) 등의 부품에도 조명기구(35)로부터 발하는 빛이 조사된다. 옥외를 면하는 셔터(8)의 표면에는 태양광이 조사된다.
본 실시예의 경우, 부엌에 이용되는 환기선이므로, 통상의 환기선과 비교하여 오염 정도가 매우 크다. 즉, 조리시에 비산하는 다량의 식용유 미립자가 표면에 다량으로 부착된다. 부엌용 환기선의 경우, 종래부터 일반적으로 조명기구(35)를 구비하고 있다. 이것은 조리시의 주변을 조명하기 위하여 설정된 기능이고, 환기선의 동작과 동기시켜 점등시키거나 또는 독립적으로 조명기능만을 점등시킬 수도 있다. 본 발명에 의한 광촉매의 유기물분해효율은 종래의 것보다 크기 때문에, 통상의 적은 오염부하일 경우에는 특별히 조명기구를 병설하지 않고 실내조명의 레벨로 충분한 분해작용이 얻어지나, 부엌 등과 같은 오염부하가 큰 장소에서의 경우에는 불충분한 경우가 있다. 그러나, 본 실시예와 같이 통상의 형광등이나 백열전구에 의한 조명기능이 병설되어 있으면 부엌이나 화장실과 같은 오염부하가 큰 장소에서도 충분한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 3)
도 5에 의하여 본 발명의 제 3 실시예인 선풍기에 대하여 설명한다.
도 5에는 선풍기의 구조를 외관사시도에 의하여 나타낸다. 선풍기 본체 기대(基臺)부(38) 위에 지주(支柱)(39)가 설치되어 있고, 지주(39) 위에는 슬라이드파이프(40)를 슬라이딩이 자유롭게 삽입되어 있다. 슬라이드 파이프(40)는 위쪽에 블레이드(41), 가드(42), 전동기(43) 등으로 구성된 두부(頭部)(44)를 지지하고 있다. 지주(39)는 강도를 고려하여 아래쪽을 향하여 그 지름을 굵게 하여 형성되어 있다. 전동기(43)의 구동력으로 블레이드(41)가 회전하고 공기흐름을 본체 배면에서 전방으로 만들어낸다. 가드(42)는 손가락 등이 회전하는 블레이드(41)에 접촉하지 않도록 하기 위한 역할을 하나, 소아 등의 사고를 방지하기 위하여 더욱 안전성을 높이도록, 가드(42) 전체를 네트(45)(도시생략)로 덮는 일도 있다. 지주(39) 하부에는 리모트 컨트롤 홀더(46)가 설치되어 있고, 통상은 리모트 컨트롤(47)을 리모트 컨트롤 홀더(46)에 수납한다. 리모트 컨트롤(47)의 스위치조작에 의하여 동작모드를 설정하면, 리모트 컨트롤(47)의 적외선발광부(48)로부터 적외선 신호가 발신되어 본체 기대부(38) 윗면의 적외선수광부(49)에서 신호를 받아 설정동작을 행한다.
본 실시예에 있어서, 블레이드(41)는 AS 수지의 사출성형품이다. 블레이드(41)의 표면은 상기 ABS 등의 성형품의 경우와 동일하게 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
가드(42)는 폴리에스테르계 용착도장을 실시한 강선재(鋼線材)로 이루어지고, 그 표면도 마찬가지로 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다. 네트(45)는 나일론섬유로 이루어지고, 이 표면에는 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
또, 리모트 컨트롤(47)의 적외선발광부(48) 및 본체 기대부(38) 윗면의 적외선 수광부(49)는 투명한 부재인 AS 수지로 이루어진다.
이들 투명부품의 표면에도 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 대상부품의 표면에는 티타네이트계의 커플링제의 피막을 형성시킨 후에 제 1 층이 형성되고, 이 막을 형성시킨 후에 샘플 No.86의 ATO를 포함하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 제 2 층이 형성된다.
블레이드(41)나 가드(42) 등의 표면은 상기한 공기청정기나 환기선의 블레이드나 프레임류와 완전히 동일하게 하여, 공기중에 부유하는 이물이 부착되어 오염되나, 본 발명에 의하면, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 막이 형성되어 있기 때문에, 실내 조명광의 조도레벨에서, 부착된 오염이 산화분해되어 오염되기 어려워지는 효과가 있다.
또, 본 실시예에 있어서는, 적외선을 이용한 원격조작을 하는 기구를 이용한 것이나, 이 적외선신호의 발광부 및 수광부에 사용하는 투명부품의 표면에 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 형성하고 있으므로, 부품표면에 부착되는 오염물에 의하여 신호의 연락이 저해되는 일이 없다.
본 실시예에서는, 프로펠러형 블레이드를 사용한 선풍기의 사례를 사용하였으나, 시로코형 블레이드를 사용한 선풍기에 있어서도 완전히 동일한 구성으로 동일한 효과가 얻어진다.
(실시예 4)
도 6, 도 7에 의하여 본 발명의 제 4 실시예인 청소기에 대하여 설명한다.
도 6에는 청소기의 외관사시도를, 도 7은 청소기 본체의 단면도를 나타낸다. 청소기 본체(50)는, 하부를 덮는 합성수지성형품의 아래쪽커버(51)와, 상부를 덮는 위쪽커버(52)와, 덮개커버(53)와 그릴 커버(54)와 핸들부(55) 등으로 구성되고, 후방 하부의 좌우 양쪽에 한 쌍의 지름이 큰 후방차륜(56)과, 전방 하부의 바닥면 중앙에 지름이 작은 자재(自在)차륜(57)이 배치되어 있다. 위쪽커버(52) 중앙부에는, 본체스위치부(58)가 설치되고 상기 본체스위치부(58)는 중앙의 적외선수광부(59)와, 전원스위치(60)와 코드릴버튼(61)으로 구성된다. 상기 집진실(62)에는 흡입호스부(63)와 연장관부(延長管部)(64)와 흡구부(吸口部)(65)로 이루어지는 흡구호스조립체(66)가 접속하고 있다. 상기 연장관부(64)의 상부에는 핸들부(67)가 연결되고, 이 핸들부(67)에는 손잡이조작부(68)가 설치되어 있다. 상기 손잡이조작부(68)에는, 적외선신호의 발신부(69)가 설치되어 있고, 상기 적외선신호의 발신부(69)로부터 발신된 적외선신호는 청소기 본체(50)의 적외선수광부(59)에 전달되기 때문에 무선으로 조작된다. 청소기 본체(50)는 내부 전방에 집진실(62)이 설치되고, 내부 후방에 전동송풍기부(70)와 코드릴부(71)가 병설되며, 또한 전동송풍기부(70)와 코드릴부(71)의 상부에 제어기판(72)이 설치되어 있다.
또, 전동송풍기부(70)의 후방에는, 청소기 본체(50)의 배면 하단으로부터 상단에 걸쳐 설치되는, 상하방향으로 긴 제 1 배기통풍로(73)가 형성되고, 상기 제 1 배기통풍로(73)의 하단은 다시 전동송풍기부(70)의 하부에 형성되는 제 2 배기통풍로(74)와 이어져 통한다. 이 제 1 배기통풍로(73)와 제 2 배기통풍로(74)로 배기통풍로(75)(도시생략)를 구성하고, 제 2 배기통풍로(74)를 전동송풍기부(70)에 이어져 통하게 하여 제 1 배기통풍로(73)를 배기통풍부(76)에 이어져 통하게 하고 있다. 집진실(62)의 상부에는, 종이필터설치부(77, 78)가 설치되고, 상기 종이필터설치부(77, 78)에 종이필터(79)의 두꺼운 종이를 설치하여, 집진실(62)의 상부를 구성하는 덮개커버(53)를 닫음으로써 설치구(80)와 종이필터(79)가 소정 위치에 세트된다. 자재차륜(57)은, 아래쪽커버(51)의 전방 바닥부에 형성되는 오목부에 수평방향으로 회전이 자유롭게 설치된다. 설치구(80)로부터 공기흐름과 함깨 흡입된 쓰레기, 진애류나 진드기, 미생물류는 종이필터(79)에 수집된다.
그리고, 이들 고형물이 제거된 공기흐름은, 집진실(62)과 전동송풍기(70) 사이의 칸막이판(81)에 설치된, 보조필터(82)를 구비한 연통구(連通口)(83)를 거쳐 전동송풍기부(70)로 유도되어 전동송풍기부(70)를 냉각하고, 다시 냉각한 공기흐름은 제 2 배기통풍로(74), 제 1 배기통풍로(73)를 거쳐 배기필터(84)를 구비한 배기통풍부(76)로부터 배기된다.
본 실시예에 있어서, 청소기 본체의 위쪽커버(52), 덮개커버(53), 그릴 커버(54), 핸들부(55)나 흡구호스조립체(66)의 연장관부(64), 흡구부(65),핸들부(67)는 ABS 수지의 사출성형품이며, 이들 성형품의 표면에는 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 대상부품의 표면에는 티타네이트계의 커플링제의 피막을 형성시킨 후에 제 1 층이 형성되고, 이 막을 형성시킨 후에 샘플 No.86의 ATO를 포함하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 제 2 층이 형성된다.
청소기는, 다른 실시예에 의한 물품에 비하여 이동성이 높은 물건이기 때문에 외장부품 표면에 흠집이 나기 쉽다. 즉, 청소기 본체나 흡구부분은, 마루면을 주행중에 가구류나 벽면 등에 종종 충돌을 반복하여, 이에 따라 스크래치흠집이 서서히 형성되고 광택을 잃거나 하는 등 외관상의 미관을 손상할 뿐만 아니라, 흠집을 계기로 하여 깨짐 등의 파손에 이르는 일도 있다. 이를 방지하기 위하여 종래 자외선경화형 아크릴수지 등에 의한 도장처리를 행하여 표면경도를 확보해 왔으나, 본 발명에 의하면, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 구성하는 TiO2나 바인더로서 사용하는 SiO2의 막의 경도가 ABS보다 딱딱하고, 연필경도로 2H 내지 4H 정도의 경도를 가지고 있으므로, 이들 외장부품에 사용하는 경우, 스크래치 등의 흠집이 나기 어려워지는 효과가 얻어짐과 동시에, 원래의 효과인 방오, 미생물번식억제 등의 효과를 얻을 수 있다.
특히, 핸들부(67)는 맨손으로 접촉하는 부품이므로, 부착된 땀 등의 체지방류를 영양분으로 하여 세균류가 번식되기 쉬워, 종래 이미다졸계, 티아졸린계 등의 유기물계의 항균제나 동(銅)계, 아연계, 은계 등의 무기물계의 항균제를 성형수지속에 이겨 넣어 항균효과를 얻고 있었으나, 이러한 처리가 불필요하게 된다.
또, 흡구부분이나 차륜부분은 슬라이딩 또는 회전운동을 동반하므로, 건조한 환경하에서 청소기를 사용하면 정전기를 대전하기 쉬워, 융단 등의 섬유나 진애 등이 상기한 부품류의 표면에 부착하는 일이 많다. 이를 방지하기 위하여, 종래 각종 계면활성제나 폴리아미드, 폴리에틸렌글리콜계 등의 친수성 고분자류를 성형수지중에 반죽하여 표면저항을 저하시킴으로써 방지해 왔으나, 본 발명에 의하면, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막의 저항치를 저하시킬 수 있으므로, 전기저항치가 높은 ABS류의 성형수지이더라도 먼지 등의 부착을 방지하는 효과도 더불어 얻을 수 있다. 상기의 핸들부(67)에는, 손잡이조작부(68)가 설치되어 있고, 이 손잡이조작부(68)의 배면에는 전자부품류를 탑재한 제어기판이 설치되어 있으나, 이 손잡이조작부(68) 부근에 정전기가 대전되면 제어기판의 오동작을 유발하는 일도 있어, 본 발명에 의한 정전기방지효과는 진애류의 부착뿐만 아니라 제어기판의 오동작도 방지하는 효과가 얻어진다.
또, 상기 손잡이조작부(68)에 설치되어 있는 적외선신호의 발신부(69)와, 청소기 본체(1)의 적외선수광부(59)는, 상기한 실시예 3의 선풍기의 경우와 마찬가지로 투명 AS 수지로 만든 성형품으로 이루어지나, 표면에는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있기 때문에, 오염에 의한 적외선신호의 수발신 저해를 방지하는 효과가 얻어진다.
또한, 본체의 배기통풍부(76)에 설치된 배기필터(84)는 아크릴과 PP의 혼방부직포로 되어 있으나, 이 배기필터(84) 표면에는 샘플 No.21의 저온경화형 고활성산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 배기통풍부(76)에는 다수의 개구부가 설치되어 있고, 배기필터(84)의 공기토출면에는 이 개구부로부터 실내조명이나 태양광 등의 빛이 조사되므로 필터의 표면도 청정화된다.
또, 본체 상부를 덮는 위쪽커버(52)와, 덮개커버(53)와 그릴 커버(54)와 핸들부(55) 등의 부품류를 투명부품으로 함으로써 외부의 빛이 내부에도 도달하여, 집진실(62) 내부의 종이필터(79)나 보조필터(82)의 필터섬유표면에 본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되면 항균효과나 탈취효과를 얻을 수도 있다.
(실시예 5)
도 8에 의하여 본 발명의 제 5 실시예인 의류건조기에 대하여 설명한다.
도 8에는 의류건조기의 본체 단면도를 나타낸다. 부호 85는 바깥쪽프레임, 86은 개폐뚜껑, 87은 회전드럼, 88은 열원(熱源), 89는 배기구, 90은 양 날개 팬, 91은 팬 케이싱, 92는 동력으로 되는 모터, 93은 상기 모터(92)의 동력을 상기 회전드럼(87)에 전달하는 벨트, 94는 모터(92)의 동력을 상기 양 날개 팬(90)에 전달하는 환(丸)벨트, 95는 제 1 기밀펠트, 96은 제 2 기밀펠트, 97은 칸막이판이고, 98은 상기 팬 케이싱(91)으로부터 배출된 순환풍을 상기 열원(88)까지 유도하는 순환덕트, 99는 린트필터장치, 100은 상기 팬 케이싱(91)을 상기 바깥쪽프레임(85)에 고정하는 FD 빔, 101은 베어링(102)을 설치하는 설치링이고, 상기 회전드럼(87)은 베어링(102)에 의하여 회전이 자유롭게 슬라이딩 지지되어 있다. 상기 회전드럼(87)은 상기 모터(92)의 구동력이 상기 벨트(93)를 거쳐 전달됨으로써 상기 양 날개 팬(90)과 함께 회전한다. 이 회전에 의하여, 의류를 교반함과 동시에 순환풍(실선의 화살표)이 발생하고, 이 순환풍이 상기 열원(88)부를 통과할 때에 가열되어 상기 회전드럼(87) 내에 들어가, 의류의 수분을 증발시켜 건조시킨다. 그 후, 상기 양 날개 팬(90)에 의하여 상기 순환덕트(98) 내를 통과하여 열원(88)까지 순환풍이 보내어지고, 다시 가열되어 의류의 건조를 반복한다. 개폐뚜껑(86)의 안쪽에는 형광관(103)이 부착된 조명기구(104)가 설치되어 있다. 상기 회전드럼(87)의 내주면을 따라 충격을 흡수하는 완충재(105)가 붙여져 있다. 완충재(105)는 PP의 발포체로 이루어진다.
본 실시예에서는, 회전드럼(87)의 내면부품으로서, 조명기구의 빛이 조사되는 부품인, 완충재(105), 린트필터장치(99), 개폐뚜껑(86)의 내면 등의 부품은 ABS나 PP 수지로 이루어지고, 그들의 표면에는 샘플 No.86의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 대상부품의 표면에는 실란커플링제의 피막을 형성시킨 후에 제 1 층이 형성되고, 이 막을 형성시킨 후에 샘플 No.86의 ATO를 포함하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 제 2 층이 형성된다.
조명기구는, 건조동작중 또는 건조동작과는 관계없이 독립된 동작으로서 수의점등할 수 있고, 형광관(103)의 빛이 조사되면, 상기의 부품표면에서, 부착된 유기물이나 접촉하는 공기중에 포함되는 악취물질을 효과적으로 산화분해하기 때문에 미생물의 번식을 억제하거나 탈취하는 효과가 얻어진다.
건조동작중에는 의류가 회전하고 있기 때문에, 빛이 충분히 고르게 닿지 않으므로, 건조동작종료후에 일정 시간 점등하여 회전드럼(87) 내부를 청정화하는 등의 동작프로그램을 사용하면 더욱 효과적이다.
또, 상기 바깥쪽프레임(1)은 아연도금강판으로 만든 것으로서, 바깥면은 에폭시수지의 분말체도장이 이루어져 있다. 이 도장면의 표면에는, 샘플 No.86의 ATO를 포함하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
개폐뚜껑(86)의 외면은 PS 수지의 사출성형체로 되어 있고, 이 표면에도 샘플 No.86의 ATO를 포함하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
이들 외장부품인 바깥쪽프레임(85)이나 개폐뚜껑(86)의 외면에서의 광촉매 박막의 효과는, 상기한 실시예 1 내지 4의 외장부품의 경우와 마찬가지로 실내광으로 충분한 방오, 항균 등의 효과가 얻어지는 것이다.
(실시예 6)
도 9, 도 10, 도 11에 의하여 본 발명의 제 6 실시예인 식기건조기에 대하여 설명한다.
도 9에는 식기건조기의 외관사시도를 나타낸다. 도 10은 배기구(128) 부근의 확대단면도를 나타낸다. 도 11은 본체 단면도를 나타낸다.
본체(106)의 내부는 건조실(107)과 운전제어실(108)로 칸막이판(109)에 의해 상하로 구분되어 있다. 운전제어실(108)에는, 팬 모터(110), 송풍팬(111), 케이싱(112) 및 가열기(113)로 이루어지는 건조공기를 송출하기 위한 가열송풍유닛(114)이, 상기 건조실(107)과는 덕트(115)로 연결되어 있는 흡기필터(116)를 배치한 흡기구(117)와 상기 가열송풍유닛(114) 사이에는제어기(118)를 배치되어 있다. 또, 상기 건조실(107) 내의 상하에는 식기를 수납하기 위한 위쪽 바구니(119), 아래쪽 바구니(120)을 배치하고 있다. 상기 아래쪽 바구니(120)은 문(121) 하부에 자유롭게 경사질 수 있도록 힌지(122)와 연결된 가동레일(125) 위에 올려놓여진 물받침접시(124) 위에 배치된다. 마찬가지로 위쪽 바구니(119)도 가동레일(123) 위에 배치되어 있다. 가동레일(123, 125)은 상기 건조실(107)의 측벽에 회동 자유롭게 설치한 롤러(도시생략) 위를 전후로 이동 가능하게 되도록 배치하고, 상기 문(121)의 손잡이(126)를 바로 앞으로 당김으로써 상기 건조실(107)로부터 상기 아래쪽 바구니(120)이 통의 끝단부를 당김으로써, 상기 위쪽 바구니(119)을 외부로 인출할 수 있도록 되어 있다. 패널(127) 상에 설치한 배기구(128)는, 격자형상을 형성하고 배기필터(129)를 구비한다. 상기 본체(106)의 상기 칸막이판(109)에 설치한 개구부(130)와 배기덕트(131)에 의해 상기 건조실(107)과 연결되어 있다. 온도검출기(132)는 외기온도의 영향을 받기 어려운 상기 배기덕트(131) 내에 배치되어 있다.
흡기구(117)는 PP로 이루어지는 사출성형품이고, 상기 흡기필터(116)는 나일론으로 만든 네트이며, 이 표면에는 후기한 표 7에 나타낸 샘플 No.91의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 나일론으로 만든 네트는, 자외선조사처리한 후에 샘플 No.91의 은을 포함하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성된다.
흡기필터(116)의 표면에는 실내의 조명광이 조사되기 때문에, 부착된 유기물이나 끌어들이는 공기중의 악취물질은 산화분해된다. 상기 배기구(128) 및 배기필터(129)에도 마찬가지로 샘플 No.91의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다. 흡배기구 주변에는 배출한 습기가 결로(結露)하여 축축해진 상태가 되기 쉬워 곰팡이나 세균류가 번식하는 일이 있으나, 본 발명에 의한 분해효율이 높은 광촉매를 사용하면 실내광에 의해 효과적으로 이들 미생물의 번식을 억제할 수 있다. 샘플 No.91의 조성에서는, 조성물에 함유되어 있는 은 자체에 항균작용이 있기 때문에 특히 적합하다. 항균효과를 높이기 위하여, 은을 담지시킨 제올라이트나 애퍼타이트 등의 세라믹입자를 혼합해도 된다.
또 건조실(107) 내부에는 형광관(133)이 부착된 조명기구(134)가 설치되어 있다. 조명기능은 문(121)을 열 때에 점등하여 내부의 식기 건조정도를 확인하는 조명 본래의 기능뿐만 아니라, 건조실(107) 내부를 청정화하는 기능으로서도 활용할 수 있다. 즉, 건조실(107)의 내부부품의 표면에 광촉매 박막을 형성함으로써 빛이 조사되는 부분의 항균이나 방오효과가 얻어지는 것이다. 본 실시예에서는, 위쪽 바구니(119), 아래쪽 바구니(120)은 철제 프레임에 폴리아미드계의 분말체수지를 용착도장한 구성으로 되어 있고, 이 도장면의 표면에는 자외선조사처리한 후에 샘플 No.92의 동(銅)을 함유하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성된다. 이들 상하 바구니는, 식기류에 직접 접촉하는 부재이므로 청결함이 필요하게 되나, 광촉매의 효과에 의하여 표면의 방오나 미생물번식억제효과가 얻어지기 때문에, 청결하게 유지된다. 동에도 은과 동일하게 그 자체의 항균작용이 있으므로 항균효과는 높아지는 효과가 있다.
실시예 5의 의류건조기의 경우와 마찬가지로, 건조동작중에는 식기류가 그림자로 되어 빛이 충분히 고르게 닿지 못하므로, 건조동작종료후에 일정 시간 점등하여 건조실(107) 내부를 청정화하는 등의 동작프로그램을 사용하면 더욱 효과적이다.
또, 문(121)은 ABS 수지의 성형품으로 되어 있으나, 이 표면에는 샘플 No.86의 ATO를 함유하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다. 이 문(121) 표면에서의 광촉매 박막의 효과는, 상기한 실시예 1 내지 5의 외장부품의 경우와 마찬가지로 실내광에 의해 충분한 방오, 항균 등의 효과가 얻어지는 것이다.
(실시예 7)
도 12, 도 13 및 도 14에 의하여 본 발명의 제 7 실시예인 식기세척기에 대하여 설명한다.
도 12는 식기세척기의 외관사시도를 나타내고, 도 13과 도 14는 식기세척기의 단면도를 나타낸다.
바깥쪽프레임(135)의 내부에 식기수납챔버(136)가 배치되고, 그 앞면개구를 개폐하는 도어(137)가 설치되어 있는 식기수납챔버(136)의 측벽 하부에 단턱부(138)가 설치되고, 이 단턱부(138)에 식기수납용 아래쪽 바구니(139)이 착탈이 자유롭게 배치되어 있다. 식기수납챔버(136)의 바닥부 바깥쪽에 펌프(140)가 배치되어 있다. 이 펌프(140)는 펌프모터(141)를 가지고 있다. 식기수납용 아래쪽 바구니(139)의 바로 아래에 회동하는 아래쪽아암노즐(142)이 배치되어 있다. 아래쪽아암노즐(142)의 윗면에는 복수개의 작은 구멍(143)이 설치되어 있다. 식기수납용 아래쪽 바구니(139)에는, 펌프(140)로부터 송수된 세정수를 위쪽아암노즐(144)로 보내는 벤투리관(145)이 배치되어 있다. 이 위쪽아암노즐(144)은, 식기수납용 위쪽 바구니(146)의 바로 아래에 중앙을 지지점으로 하여 회동한다. 위쪽아암노즐(144)의 윗면에는, 복수개의 작은 구멍(147)이 설치되어 있다. 식기수납챔버(136) 바깥의 바닥부 또는 배면부에는 히터(148)가 배치되어 있다. 히터(148)를 싸넣도록 히터 커버(149)가 배치되어 있다. 식기수납챔버(136) 바깥쪽면부에는 급수전자밸브(150)이 배치되어 있다. 식기수납챔버(136) 바깥면 상부에는 배기덕트(151)가 배치되고, 배기구(152)로 연결되어 있다. 도어(137)의 바깥면 상부에 컨트롤 패널(153)이 배치되어 있다. 식기수납챔버(136)의 바닥부 바깥쪽에는 배수펌프(154) 및 송풍유닛(155)이 배치되어 있다.
세정동작시에는, 급수전자밸브(150)로부터 물을 공급하여 펌프(140)를 구동시켜 아래쪽아암노즐(142)로 압력수를 공급함과 동시에 히터(148)에 통전하여, 수온을 상승시킨다. 물은 구멍(143)으로부터 분출함과 동시에 벤투리관(145)을 경유하여 위쪽아암노즐(144)에 보내어지면 구멍(147)에서도 물이 분출한다. 이렇게 하여 상하의 아암노즐은 회전하면서 온수를 식기수납통(146) 내의 식기에 고르게 분사하여 오염을 없앤다. 세정동작종료후, 배수펌프(154)에 통전하여 오수를 배출한 후에 상기와 동일한 동작을 수회 반복하여 내부의 오염을 헹궈 제거한다. 최종헹굼동작이 종료하면 건조동작으로 이행한다. 송풍유닛(155)에 통전하여 송풍팬(156)을 회전시켜, 식기수납챔버(136) 바닥부에 배치되어 있는송풍덕트(157), 히터(148)를 통과하여 식기수납챔버(136) 내로 바람을 공급한다. 이 때 히터(148)는 일정 시간 통전을 ON/OFF시켜 냉풍을 온풍으로 하고 있다. 이 온풍에 의하여, 내부의 물방울이나 남은 물 및 식기류에 부착되어 있는 물방울을 증기로 바꾸어 배기덕트(151)를 통하여 배기구(152)로부터 기기 밖으로 배출한다.
본 실시예에서는, 배기구(152)는 ABS 수지성형품이나, 상기한 식기건조기와 동일 샘플 No.91의 은을 함유하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다. 배기구 주변에는 배출한 습기가 결로하여 축축해진 상태가 되기 쉬워 곰팡이나 세균류가 번식하는 일이 있으나, 본 발명에 의한 분해효율이 높은 광촉매를 사용하면 실내광에 의해 효과적으로 이들 미생물의 번식을 억제할 수 있다.
식기수납챔버(136) 내부에는 형광관(158)을 구비한 조명기구(159)가 설치되어 있다. 조명기능은 도어(137)를 열 때에 점등하여 내부의 식기의 세정이나 건조정도를 확인하는 조명 본래의 기능뿐만 아니라, 식기수납챔버(136) 내부를 청정화하는 기능으로서도 활용할 수 있다. 즉, 식기수납챔버(136)의 내부부품의 표면에 광촉매 박막을 형성함으로써 빛이 조사되는 부분의 항균이나 방오효과가 얻어지는 것이다.
본 실시예에서는, 식기수납용 위쪽 바구니(146), 식기수납용 아래쪽 바구니(139)은 철제 프레임에 폴리아미드계의 분말체수지를 용착도장한 구성으로 되어 있고, 이 도장면의 표면에는 샘플 No.92의 동을 함유하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다.
이들 상하 통은, 식기류에 직접 접촉하는 부재이므로 청결함이 필요하게 되나, 광촉매의 효과에 의하여 표면의 방오나 미생물번식억제효과가 얻어지기 때문에, 청결하게 유지된다.
그 외 조명기구(159)의 빛이 조사되는 부재로서는, 식기수납챔버(136), 위쪽아암노즐(144), 아래쪽아암노즐(142), 벤투리관(145) 등이 있고, 이들 부품은 PP 수지 사출성형품이나 SUS 소성변형품을 사용한다. 이들 부품의 표면에는 코로나 방전처리한 후에 SiO2만의 박막, 즉 표 1의 샘플 No.12가 바탕층으로서 형성되고, 이 막을 형성시킨 후에 샘플 No.21의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성된다.
식기수납챔버(136) 내부의 부품에 광촉매 박막을 형성하고, 조명기구(159)를 부설함에 따른 식기세척기 특유의 효과로서 건조효율을 향상시키는 효과가 있다. 이 효과는, 본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막의 기본소재인 TiO2, SiO2가 물젖음성이 좋은 소재인 동시에 더러워진 식기로부터 제거된 유지류와 같이 물을 튀기는 물질이 부착하더라도 조명기구(159)의 빛에 의하여 분해되기 때문에, 항상 높은 물젖음성을 유지하는 효과가 얻어지는 것에 의한다.
식기세척의 동작으로서는, 최종헹굼시에 수온을 60 내지 70℃까지 상승시켜 내부온도를 올린 후에 송풍동작에 의하여 습기를 기기 밖으로 배출하는 것이나, 식기수납챔버(136)의 내부에 잔류하는 물방울이 건조효율을 저하시키는 원인으로 된다. 식기수납챔버(136), 위쪽아암노즐(144), 아래쪽아암노즐(142), 벤투리관(145) 등의 부품은 높은 내수성이 요구되기 때문에 소수성의 소재를 사용하는 것이 많아,통상 표면의 물젖음성이 나쁘다. 물젖음성이 좋지 않은 소재의 표면에서는, 물은 막 형상으로 넓어진 젖은 상태로는 되지 않아, 높은 접촉각도의 물방울형상으로 부착된다. 세정동작시에는 계면활성제를 함유하는 세제를 투입하므로, 세정수의 표면장력은 저하하고 접촉각은 낮아져 잘 젖은 상태가 되나, 최종헹굼시의 헹굼물 속에는 세제성분은 거의 함유되지 않아, 물의 표면장력은 매우 높다. 따라서, 최종헹굼종료시점에서, 헹굼물은 식기수납챔버(136) 내부의 각 부품 표면에 높은 접촉각을 가지는 무수한 물방울형상이 되어 부착된다.
이들 높은 접촉각의 물방울은, 얇게 막 형상으로 넓어진 수막의 경우에 비교하여 물의 양이 많아, 좀처럼 건조되지 않는다. 또 물방울형상의 물은 건조시에 물방울형상을 유지한 채로 축소하여 건조하므로, 표면적도 작아지기 때문에 건조속도는 더욱 느려져서 건조에 필요한 시간은 약 3배 필요하게 된다. 식기류는 물젖음성이 좋은 유리나 도자기나 목제가 많아 비교적 신속하게 건조되나, 식기세척기 자체에 물방울이 부착된 상태로 종료하면, 도어(137)를 열어 상하의 식기수납통을 인출할 때의 진동으로 식기류 위에 물방울이 낙하하여, 건조한 식기류를 적시게 되는 문제점이 발생한다.
식기수납챔버(136), 위쪽아암노즐(144), 아래쪽아암노즐(142), 벤투리관(145) 등의 부품을 PP 성형품으로 구성한 경우, 헹굼종료시의 부착물방울에 의한 잔수량(殘水量)은 약 30g인 데 대하여, 본 발명에 의한 광촉매막을 형성한 경우에는 부착잔수량은 약 5g으로 저감하였다. 또 본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막은 광활성이 높아 조명기구(159)의 빛에 의해 부착된 유지류를 분해하는 작용이 있으므로, 유지류의 부착에 의한 물젖음성의 저하가 없다.
실시예 6의 식기건조기의 경우와 마찬가지로, 건조동작중에는 식기류가 그림자로 되어 빛이 충분히 고르게 닿지 않으므로, 건조동작종료후에 일정 시간 점등하여 식기수납챔버(136) 내부를 청정화하는 등의 동작프로그램을 사용하면 더욱 효과적이다.
또, 도어(137)는 PP 수지의 성형품으로 되어 있으나, 이 표면에는 코로나 방전처리한 후에 샘플 No.12가 바탕층으로서 형성되고, 이 막을 형성시킨 후에 샘플 No.21의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성된다.
이 도어(137)의 표면에서의 광촉매 박막의 효과는, 상기한 실시예 1 내지 6의 외장부품의 경우와 동일하게, 실내광으로 충분한 방오, 항균 등의 효과가 얻어지는 것이다. 본 실시예에서는 설치형 식기세척기에 대하여 설명한 것이나, 탁상형에 대해서도 완전히 동일하게 하여 광촉매 박막의 효과를 얻을 수 있다. 탁상형인 경우에는, 실내광이 외장부품의 앞면에 조사되므로, 측면이나 천장부의 외벽면부재의 표면에 광촉매 박막을 형성하면 효과적이다.
(실시예 8)
도 15, 도 16에 의하여 본 발명의 제 8 실시예인 음식물쓰레기처리기에 대하여 설명한다.
도 15에는 음식물쓰레기처리기의 외관사시도를 나타내고, 도 16은 본체 단면도를 나타낸다.
프레임체(160)의 내부에는 중앙부에 회전 자유롭게 지지된교반블레이드(161)를 가지고, 상부에 생활쓰레기투입구(163)를 설치한 처리조(164)가 배치되며, 속에는 배양기재(165)가 들어 있다. 배양기재(165)는, 리그닌 등의 미생물로 분해되기 어려운 섬유소가 주성분인, 톱밥, 왕겨, 볏짚을 재단한 것 등이며, 그 한 알 한 알이 다공질로 공극을 가지고, 또한 입경이 복잡하고, 알과 알 사이에도 큰 공극이 형성되는 것으로 이루어진다.
회전축(166)에는 상기 교반블레이드(161)가 3개 설치되고, 처리조(164)에 설치한 베어링(167)로 지지되며, 한쪽에 돌출한 회전축끝단부는 구동모터(168)와 체인 등의 전달수단(169)에 의해 적절한 감속비로 연결되어 있다. 처리챔버(164)의 상부개구부(170)에는 안쪽덮개(171)가 상부패널(172)에 개폐가 자유롭게 설치되어 있다. 또한, 처리챔버(164) 상부 근방에는, 환기팬(173), 흡기구(174), 배기구(175)를 설치하여, 환기팬(173)의 회전에 의하여 처리챔버(164) 내에서 발생한 분해가스 및 수분을 배기구(175)를 통하여 기기 밖으로 배출한다. 또, 흡기구(174), 배기구(175)에는 각각 적당한 그물코형상의 필터가 배치되어 있다.
또, 흡기구(174)의 개폐덮개(176)를 설치하여, 프레임체(160)에 설치된 솔레노이드(177)의 왕복운동에 의하여 흡기구(174)를 개폐하도록 구성되어 있다. 또한, 상부패널(172)에는, 운전을 위한 조작부(178)를 설치하여, 이 조작으로 제어기(179)가 동작하여 음식물쓰레기처리기가 운전된다.
배양기재(165)는, 수개월후, 공극부가 분해물 등으로 채워져 공극률이 감소하여 생활쓰레기를 처리할 수 없게 되기 때문에, 교환이 필요하게 된다. 이 때문에, 처리챔버(164) 바닥부에는 배출구(180), 배출로(181)를 구성하여, 배출로(181)에 떨어진 배양기재(165)를 긁어내는 조작에 의하여 프레임체(160) 밖으로 인출할 수 있다.
처리챔버(164)의 배양기재(165)의 상부공극부 공기는 습기와 함께, 분해가스로서 트리메틸아민이나 메틸메르캅탄, 암모니아, 황화수소 등의 악취강도가 큰 물질을 다량으로 함유하고 있다. 이 악취가 강하기 때문에, 종래의 음식물쓰레기처리기는 부엌 내에는 설치할 수 없고, 또 집합주택 등의 베란다부에 설치할 때에도 주변세대로의 냄새 누출이 문제가 되고 있었다.
종래 탈취기구로서, 활성탄 등의 흡착재나 망간계의 열분해촉매를 사용한 탈취기구가 각종 고안되어 왔으나, 모두 효과나 수명의 점에서 충분한 것이 아니었다.
본 실시예에서는, 배기구(175)부분에 배기필터(182, 183)를 설치하고, 그 간극에 자외선램프(184)가 배치되어 있다. 배기필터(182)는 제올라이트를 주성분으로 하고, 배기필터(183)는 활성탄을 주성분으로 하는 것으로 모두 허니컴구조를 하고 있으며, 자외선램프(184)로부터 발하는 자외선은 허니컴의 내부안쪽까지 조사하도록 되어 있다. 이 배기필터(182, 183)의 허니컴의 내부표면에는 표 5에 나타낸 샘플 No.62의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다.
본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매는 분해효율이 높아, 상기한 실시예 1 내지 7과 같은 유기물부하가 비교적 작은 용도에 있어서는, 실내의 조명기구레벨 즉, 파장이 250 내지 350(nm)인 자외광이 0.001 내지 0.01mW/cm2레벨의조도 또는 형광등이나 백열등의 탑재에 의한 0.01 내지 0.1mW/cm2레벨의 조도로 분해가 가능했었으나, 본 실시예와 같이 예를 들어 암모니아농도로 수ppm 레벨의 고부하인 경우에는 자외선발생수단을 배치할 필요가 있다.
수은등이나 메탈할라이드램프와 같은 자외선램프를 사용할 수 있으나, 본 발명에 의하면, 종래의 산화물광촉매보다 분해효율이 높으므로 탈취효과도 크고, 또 자외선강도도 종래의 산화물광촉매를 사용한 경우와 비교하여 작은 것이면 된다. 투입한 생활쓰레기가 가장 활발하게 분해될 때에 가장 다량으로 상기한 냄새물질이 발생한다.
생활쓰레기의 분해는, 통상 투입후 1시간 내지 8시간 사이가 가장 활발하게 행하여지므로, 이 타이밍에 맞추어 자외선램프(184)를 점등하면 램프의 수명을 길게 유지할 수도 있다. 배기필터(183)는 활성탄을 기제(基劑)로 하고 있어, 냄새농도가 낮을 때에는 이 활성탄에 냄새를 흡착하게 하여 흡착량이 증가해 감에 따라 서서히 흡착효율이 저하하므로, 정기적으로 자외선을 조사하여, 흡착한 악취물질을 분해시키고 활성탄을 재생하도록 할 수도 있다.
또, 프레임체(160)는 도장강판으로 이루어지고, 바깥쪽덮개(171)는 PP 수지의 사출성형품으로 되어 있으나, 이 표면에는 염소화 폴리에틸렌의 유기도포막이 도포되어 있고, 이 도포막 표면에 샘플 No.21의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매의 박막이 형성되어 있다.
이들 바깥쪽프레임(160)이나 바깥쪽덮개(171)의 표면에서의 광촉매 박막의효과는, 상기한 실시예 1 내지 7의 외장부품의 경우와 동일하게, 실내광으로 충분한 방오, 항균 등의 효과가 얻어지는 것이다. 특히 음식물쓰레기처리기의 경우 생활쓰레기를 취급하므로, 생활쓰레기로부터 떨어져나오는 국물에 의해 이들 외장부품이 오염될 기회가 많기 때문에, 본 발명의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막에 의한 방오효과가 크다. 음식물쓰레기처리기는 옥외에 둘 경우, 태양광이 이들 외장부품에 조사된다. 태양광의 파장 250 내지 350(nm)의 자외광조도는 0.1 내지 5.0mW/cm2레벨로 실내조명 등에 비하면 강도가 높아, 생활쓰레기 국물 등의 오염물도 분해할 수 있다.
상기의 실시예 1 내지 8 중에서, 각종 열가소성 플라스틱 등의 피착체로, 전동기에 의하여 발생하는 공기흐름이 통과하는 경로나 그 경로에 설치된 필터 등의 여과기구 또는 실내조명 등의 외광이 조사되는 외장부품이나 장치 내부에 설치한, 조명기구가 발하는 빛이 조사되는 부품류의 표면에 형성한, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막의 배합조성 및 막의 경화조건 및 각 배합조성의 특성 등에 대하여 이하에 실시예 9 내지 16을 이용하여 설명한다.
(실시예 9)
SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 제조하였다. 이 용액을 사용하여 PET 필름 상에 TiO2막을 형성하여 도 17의 PET 필름을 제작하였다. 이하에 그 순서를 나타냈다.
먼저, SiO2졸의 제조법에 대하여 설명한다. 5g의 테트라에톡시실란을100ml의 물-에탄올-프로판올(3:27:70) 혼합용액중에 용해하여 40℃로 5시간 정도 교반하였다. 얻어진 용액은 실온에서 2주간 방치하여 SiO2졸로 하였다.
다음으로 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액의 제조법에 대하여 설명한다. 앞서 제조한 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 중량비로 TiO2/SiO2= 9로 하여 첨가하였다. 또, 고형분농도는 4wt%로 하고, 필요량의 물을 첨가하여 조정하였다. 그 후 5mmø의 지르코니아 볼을 사용하여 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시키기 위하여 24hr 볼 밀로 처리하여, SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 제조하였다.
PET 필름(185)에, 제조한 TiO2미립자의 분산한 SiO2졸을 코트하여, 120℃로 저압수은램프(강도 : 15mW/cm2)를 조사하면서 5분간 처리하여 SiO2막(186) 중에 TiO2미립자(187)가 분산한 TiO2분산 SiO2막(188)을 코트한 플라스틱 필름을 형성하였다. PET 필름(185) 상에 얻어진 박막은, 막질 및 강도 모두 양호하고 막 두께는 300nm이었다.
이 산화티타늄에 의한 유기물의 분해활성을 평가하였다. 또한, 활성시험은 박막에 적자(赤紫)계의 유기색소를 코트하여 254nm으로 1(mW/cm2)의 빛을 조사하여 행하였다. 분해속도는 초기 색소 투과율로부터의 변화량으로부터 구하였다. 도 20에 그 결과를 나타냈다.
도면에는 비교를 위하여 TiO2분산 SiO2막 부착 외에, 막 없음과 SiO2막의 결과도 나타냈다. TiO2분산 SiO2막 없음 및 SiO2막에서는 거의 색소량에 변화는 없으나, TiO2분산 SiO2막 있음의 경우에는 30분후에 45% 분해하였다는 결과가 얻어졌다.
이와 같이, 광촉매기능을 가진 TiO2분산 SiO2막 부착 PET 필름을 제작할 수 있었다. 본 발명의 성막법은, 120℃ 정도에서 제작이 가능하고, 파이렉스유리기판 이외에 플라스틱재료에 대한 응용이 가능하다. 통상의 졸겔법에서는, 400℃ 정도의 온도가 필요하기 때문에 플라스틱제품에 대한 응용이 곤란하거나 TiO2의 결정화에 10분 이상의 시간이 필요하다. 한편, 본 발명의 제작법은 저온에서 성막이 가능하기 때문에, 사용할 수 있는 기재가 풍부하고 어떠한 표면에도 광촉매를 성막할 수 있다. 또, 수분간이라는 단시간처리가 가능하여 생산비용의 대폭적인 저하가 가능하다.
이어서, 광촉매의 성능향상을 위하여 보조촉매첨가를 행하였다. 먼저 제조한 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액 중에 각종 질산염을 첨가하여 PET 필름 상에 성막하여 색소의 분해반응을 행하였다. 결과는 표 1에 나타냈다.
첨가제의 첨가효과
샘플 No. 첨가물 첨가량(wt%) TiO2/SiO2(중량비) 10min후 분해율(wt%)
1 NaNO3 5 9 70
2 LiNO3 5 9 100
3 Mg(NO3)2 5 9 50
4 Ca(NO3)2 5 9 40
5 Sr(NO3)2 5 9 30
6 Ba(NO3)2 5 9 20
7 Al(NO3)3 5 9 0
8 Fe(NO3)3 5 9 0
9 Zn(NO3)4 5 9 35
10 Zr(NO3)4 5 9 5
11 - - 9 25
12 - - 0(SiO2) 0
Na, Li, K, Mg, Ca, Sr, Zn 첨가의 광촉매가 유효하고, Fe, Al은 실활제(失活劑)로 됨을 알 수 있었다.
도 21에 전기음성도에 대하여 보조촉매의 첨가효과를 플롯한 결과를 나타냈다. 전기음성도는 작은 것일수록 효과가 있는 것 같으나, 특히 Li, Na, Mg가 유효하기 때문에 전기음성도뿐만 아니라 이온 반경도 중요함을 알 수 있었다. 도 22에는 전기음성도와 이온 반경 그리고 첨가효과의 관계를 나타냈다. 이와 같이, 전기음성도가 1.6보다 작고, 이온 반경이 0.2nm보다 작은 원소이고 그 가수가 2 이하인 이온을 첨가하는 것이 유효함을 알 수 있었다.
(실시예 10)
SiO2졸 중에 입자지름이 다른 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 수종류 제조하였다. 또한, TiO2/SiO2비는 중량비로 9로 하고, Li 첨가량은 5wt%로 하며, 실시예 1과 동일한 조작으로 TiO2분산 SiO2막을 PET 필름 상에 형성하여, 유기색소를 사용하여 10분후의 분해율을 조사하였다.
TiO2입자지름에 대한 색소의 분해율
샘플 No. Li 첨가량(wt%) TiO2/SiO2(중량비) TiO2입자지름(nm) 10min후 분해율(wt%)
13 5 9 2 40
14 5 9 5 86
15 5 9 8 94
16 5 9 10 100
17 5 9 20 100
18 5 9 30 65
표 2에 제조한 시료의 각 조건과 시험결과를 나타냈다. 이들 결과로부터, 분산한 TiO2입자의 크기는 8 내지 10nm이 가장 유효함을 알 수 있었다. 이와 같이, 입자지름에 따라 분해속도가 변화하고 있고, 또한 TiO2/SiO2비(比)를 작게 하면 TiO2미립자의 최적입자지름은 변화하였으나, 5 내지 20nm의 범위라면 분해속도는 양호했다. 따라서, Li첨가촉매의 TiO2입자지름은 5 내지 20nm라면 좋음을 알 수 있었다. 또, 이상의 결과는 Li 이외의 Na, K, Mg, Ca, Sr, Zn에 대해서도 동일했다.
(실시예 11)
표 3에 Li 첨가량, TiO2/SiO2를 변화시킨 경우의 색소분해율(10분후 분해율) 및 막 강도에 대하여 조사한 결과를 나타냈다. 또한 용액의 제조 및 성막법은 실시예 1과 동일하게 행하였다. 이들 결과로부터 분해율과 막 강도 모두 유효한 조건은 Li 첨가량이 0.5 내지 20wt%이고 TiO2/SiO2가 9 내지 5임을 알 수 있었다.
Li 첨가량, TiO2/SiO2비에 대한 색소의 분해율
샘플 No. Li 첨가량(wt%) TiO2/SiO2(중량비) 10분후 분해율 막 강도
19 0 9 25 ○
20 1 9 90 ○
21 5 9 100 ○
22 10 9 100 ○
23 20 9 100 ○
24 50 9 65 ×
25 0 8 25 ○
26 1 8 88 ○
27 5 8 100 ○
28 10 8 100 ○
29 20 8 100 ○
30 50 8 60 ×
31 0 6 25 ○
32 1 6 86 ○
33 5 6 100 ○
34 10 6 100 ○
35 20 6 100 ○
36 50 6 60 ×
37 0 4 15 ○
38 1 4 15 ○
39 5 4 20 ○
40 10 4 20 ○
41 20 4 20 ○
42 50 4 15 ○
표 4에는 TiO2/SiO2및 막 두께를 변화시킨 경우의 색소분해율 및 막질에 대하여 조사한 결과를 나타냈다. 또한 용액의 제조 및 성막법은 실시예 1과 동일하게 행하였으나, 막 두께는 용액의 고형분농도를 0.5 내지 8wt%까지 변화시켜 조절하였다.
결과는 막 두께가 100 내지 500nm이라면 TiO2/SiO2비의 영향을 받지 않아 분해율, 막질 모두 양호함을 알 수 있었다.
이상의 결과는 Li 이외의 Na, K, Mg, Ca, Sr, Zn에 대해서도 동일하였다.
TiO2/SiO2비, 막 두께에 대한 색소의 분해율
샘플 No. Li 첨가량(wt%) TiO2/SiO2(중량비) 막 두께(nm) 10분후 분해율(wt%) 막질
43 10 9 50 80 양호
44 10 9 100 92 양호
45 10 9 300 100 양호
46 10 9 500 100 양호
47 10 9 600 100 불량
48 10 8 50 60 양호
49 10 8 100 74 양호
50 10 8 300 100 양호
51 10 8 500 100 양호
52 10 8 600 100 불량
53 10 6 50 20 양호
54 10 6 100 35 양호
55 10 6 300 100 양호
56 10 6 500 100 양호
57 10 6 600 100 양호
(실시예 12)
표 5에는 TiO2이외의 산화물 반도체인 ATO, ITO, ZnO, Fe2O3, Cr2O3미립자를 첨가한 경우의 색소분해율을 조사한 결과를 나타냈다. 또한, 색소분해율을 조사하는 시험에 있어서, 자외선램프(254nm)의 강도는 0.2mW/cm2로 하였다. 또, 특별히 기재하지 않는 한, 본 실시예 이후의 색소분해시험은 상기 조건으로 행하였다. 결과는 ATO, Fe2O3, Cr2O3미립자 첨가가 유효하고, 첨가량은 어느 경우나 첨가하면 유효하며, 특히 10 내지 20wt%가 가장 유효했었다. 여기서, 각 산화물 구성원소의 전자친화력을 보면 이하와 같이 되고, 1.2eV 이상의 전자친화력을 가지는 구성원소를 사용한 산화물 반도체를 사용하면 유효함을 알 수 있었다.
각종 산화물 반도체 첨가량에 대한 색소의 분해율
샘플 No. Li 첨가량(wt%) TiO2/SiO2(중량비) 산화물 첨가량(wt%) 10분후 분해율(wt%)
58 10 9 - 65
59 10 9 ATO( 1.0) 68
60 10 9 ATO( 5.0) 72
61 10 9 ATO(10.0) 80
62 10 9 ATO(20.0) 82
63 10 9 ATO(50.0) 73
64 10 9 ITO( 1.0) 55
65 10 9 ITO( 5.0) 50
66 10 9 ITO(10.0) 42
67 10 9 ITO(20.0) 38
68 10 9 ITO(50.0) 33
69 10 9 ZnO( 1.0) 62
70 10 9 ZnO( 5.0) 56
71 10 9 ZnO(10.0) 48
72 10 9 ZnO(20.0) 42
73 10 9 ZnO(50.0) 35
74 10 9 Fe2O3( 1.0) 66
75 10 9 Fe2O3( 5.0) 68
76 10 9 Fe2O3(10.0) 70
77 10 9 Fe2O3(20.0) 71
78 10 9 Fe2O3(50.0) 72
79 10 9 Cr2O3( 1.0) 65
80 10 9 Cr2O3( 5.0) 67
81 10 9 Cr2O3(10.0) 69
82 10 9 Cr2O3(20.0) 73
83 10 9 Cr2O3(50.0) 48
구성원소 Ti Sn In Zn Fe Cr
전자친화력(eV) 1.25 1.2 0.2 -1.2 3.16 3.54
산화물 반도체의 전자친화력이 Ti의 그것보다 작을 경우에는, 미립자의 입자계면에는 쇼트 키 배리어가 형성되고, 첨가한 산화물 반도체의 캐리어가 TiO2중에 주입될 수 없어 효과가 나타나지 않는다. 이에 대하여 산화물 반도체의 전자친화력이 Ti의 그것보다 작을 경우에는, 미립자의 입자계면에는 쇼트 키 배리어가 형성되지 않아 오믹접합으로 되고, 용이하게 산화물 반도체의 캐리어가 TiO2중에 주입되어 유효하게 기능한다. 특히 유효했던 ATO는, 전자친화력은 Ti보다 약간 작으나, 그 차는 거의 없기 때문에 성능향상이 보여졌다. 도전성 산화물인 ATO는 캐리어농도가 높고 ATO의 대량의 캐리어가 TiO2중에 주입되어 광촉매의 활성이 향상하였다. 또한, 이와 같은 산화물 반도체 첨가시에 있어서도 Li의 첨가효과가 크다는 것도 알 수 있었다.
또, 산화물 반도체가 가지는 캐리어를 유효하게 이용하는 방법으로서는, 미립자첨가뿐만 아니라 적층화에 의해서도 가능하다. 표 6에는 TiO2/SiO2막과 ATO막을 적층한 경우의 결과를 나타냈다. 결과는 적층하는 것이 유효하고, 또한 Li를 양쪽에 첨가함으로써 더욱 성능이 향상함을 알 수 있었다. 또, 다수회 번갈아 적층하는 것도 유효함을 알 수 있었다.
ATO 적층막의 색소 분해율
샘플 No. 제 1 층 Li 첨가량(wt%) 제 2 층 Li 첨가량(wt%) 20분후 분해율(wt%)
84 TiO2/SiO2= 9 0 ATO 0 45
85 TiO2/SiO2= 9 5 ATO 5 70
86 TiO2/SiO2= 9 10 ATO 5 75
87 TiO2/SiO2= 9 20 ATO 5 73
(실시예 13)
SiO2졸 중에 입자지름 5nm의 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 제조하고, 이것에 Ag, Pt, Pd, Rh, Ni, Cu, RuO2미립자를 각각 TiO2에 대하여 2wt% 첨가하였다.또한, TiO2/SiO2비는 중량비로 9로 하였다. 제조한 Ag, RuO2미립자 첨가 TiO2분산 SiO2졸을 사용하여 실시예 1과 동일한 조작으로 Ag, Pt, Pd, Rh, Ni, Cu, RuO2미립자를 첨가한 TiO2분산 SiO2막을 PET 필름 상에 형성하여, 유기색소의 분해특성을 조사하였다. 결과는 표 7에 나타낸 바와 같이 Ag, Pt, Pd, Rh, Ni, Cu, RuO2미립자첨가에 의하여 분해속도가 커지고 있음을 알 수 있었다.
귀금속 첨가에 대한 색소의 분해율
샘플 No. Li 첨가량(wt%) TiO2/SiO2(중량비) 귀금속 첨가량(wt%) 20분후 분해율(wt%)
88 10 9 Pt(0.5) 74
89 10 9 Rh(0.5) 72
90 10 9 Pd(0.5) 75
91 10 9 Ag(0.5) 78
92 10 9 Cu(0.5) 76
93 10 9 Ni(0.5) 68
94 10 9 Ru(0.5) 75
95 10 9 -(0) 65
(실시예 14)
실시예 1에서 제작한 Li 첨가 광촉매와 Li 무첨가 광촉매에 대하여, 형광등, 태양광, 백열램프, 수은등을 사용하여 담배의 댓진, 아세트알데히드, 요소, 대장균의 분해특성을 비교하였다. 그 결과 표 8에 나타낸 바와 같이 Li 첨가 광촉매는 어느 쪽의 램프를 사용하더라도 담배의 댓진, 아세트알데히드, 요소, 대장균의 분해특성이 Li 무첨가 광촉매의 3 내지 5배의 효과가 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 Li 첨가 촉매는, 자외선램프뿐만 아니라 생활환경하에서 사용하는 램프로 충분한 효과가 얻어짐을 알 수 있었다. 또, Li 이외의 Na, K, Mg, Ca, Sr, Zn을 첨가한 경우의 동일한 효과가 얻어졌다.
각종 램프에 의한 유기물의 분해시험결과(Li 10(wt%) 첨가시/Li 무첨가시의 분해율비)
담배 댓진 아세트알데히드 요소 대장균 색소(Acld Red)
형광등 3 3 3 3 3
태양광 5 5 5 5 5
블랙라이트 5 5 5 5 5
백열램프 3 3 3 3 3
수은등 4 4 4 4 4
(실시예 15)
실시예 1에서 제작한 Li 첨가 TiO2분산 SiO2막은, PET 필름 상에 직접 성막하면, 광촉매작용에 의하여 기재의 PET 필름에 데미지를 주게 된다. 그래서, 실시예 9에서 제작한 Li 첨가 TiO2분산 SiO2막을 코트할 때, PET 필름과의 사이에 SiO2막을 1층 설치한 필름을 제작하였다. 또한, SiO2막 중에 광촉매작용을 실활시키는 성분으로 되는, Al, Fe, Zr의 각 질산염을 첨가한 시료 또는 Li 첨가 TiO2분산 SiO2막 중에 ATO를 첨가한 시료를 제조하여, 각종 시험을 행하였다. 그 결과는 표 9에 나타냈다.
SiO2적층막의 색소분해시험 및 내구성시험결과(TiO2/SiO2=9, Li(wt%)=10)
샘플 No. ATO(wt%) SiO2(wt%) 첨가원소(wt%) 20분후 분해율(wt%) 10일후의 박리(테이프시험결과) 먼지부착
96 0 무 무 65 유(×) 유
97 20 무 무 82 유(×) 무
98 0 유 무 65 무(×) 유
99 0 유 Al(5) 65 무(○) 유
100 0 유 Fe(5) 66 무(○) 유
101 0 유 Zr(5) 65 무(○) 유
102 20 유 Al(5) 83 무(○) 무
103 20 유 Fe(5) 82 무(○) 무
104 20 유 Fe(5) 82 무(○) 무
결과는 Li 첨가 TiO2분산 SiO2막과 PET 필름 사이에, 배리어층으로서 SiO2막을 1층 설치함으로써 장기간 사용하더라도 막 박리를 방지할 수 있었다. 또한, Al, Fe, Zr를 첨가함으로써 광촉매활성을 완전히 실활시킬 수 있고, 접착강도를 유지할 수 있음을 알 수 있었다. 또, ATO 첨가막에서는 대전방지효과가 가미되어 먼지 등의 부착도 억제할 수 있고, 유기물의 분해뿐만 아니라 무기물의 부착도 방지할 수 있어, 보다 뛰어난 방오효과를 가진 필름을 제작할 수 있었다.
상기한 실시예 9 내지 16에 나타낸 배합조성의, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을, 실시예 1 내지 8에 나타낸 바와 같은 전동기에 의하여 공기흐름을 발생시키는 기구를 가지는 각종 물품에 이용한 경우의 구체적인 효과를 평가한 결과를 이하에 정리한다. 먼저 맨처음으로, 본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 공기유로 속에 설치한 여과기구에 응용한 경우의 효과에 대하여 정리한다.
실내에 있어서의 대표적인 공기중의 오염물질은 담배 연기이다. 담배 연기는 타르물질이나 그을음류의 미립자가 부유한 것으로서, 이들 미립자가 필터상에서 막을 형성하여 축적하고 필터는 서서히 갈색으로 착색하여 오염된다. 이 담배 연기에 의한 오염을 평가하였다. 송풍량이 5(m3/분)인 환기선의 흡입쪽인 앞면에, 대상면적이 10cm×10cm의 폴리에스테르섬유 부직포필터를 붙여 고정하였다. 이 부직포를 부착한 환기선을 용량이 45,000(cm3)의 용기 속에 설치하고 밀봉하였다. 이 용기 속에는 담배연기발생장치를 병치하였다. 이 담배연기발생장치는, 착화한 담배의 필터쪽에 튜브를 설치하고 있고, 이 튜브는 다이아프램 펌프에 연결되어 있다. 이 다이어프램 펌프를 1,800(cm3/초)의 풍량으로 구동시켜, 담배쪽의 튜브끝단을 감압하면 담배의 필터를 통과한 연기가 펌프의 토출쪽으로부터 배기되고, 약 1.5분간 1개의 담배를 연소한다. 이와 같은 구성의 용기 안에서 담배연기발생장치와 환기선을 구동하면 환기선의 배기도 상기 용기 내로 배출되므로, 용기 내에 충만한 담배 연기는 몇번이나 부직포필터부를 통과하게 된다. 5개의 담배를 연속하여 연소시키고 환기선을 10분간 구동시킨 후에 용기를 개방하여 부직포필터를 떼내어 시료로 하였다. 이 부직포필터의 섬유표면에는 본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성되어 있다. 제작방법은, 실시예 9에서 설명한 바와 같은 방법으로 제작하였다. 실시예 9에서는 PET 필름을 대상으로 하고 있으나, 여기서는 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액안에 질산리튬을 첨가한 용액안에, 오존분위기에 의한 표면산화처리를 실시한 부직포필터를 침지하고, 1분간 유지한 후에 필터를 끌어올려 에어 블로우에 의하여 불필요한 용액을 비산시킨 후에, 120℃로 저압수은램프(강도:15mW/cm2)를 조사하면서 5분간 처리하여 막을 경화시켜 섬유표면에 광촉매 박막을 형성하였다. 이 막의 조성은 표 1 중의 샘플 No.2이다.
이와 같이 하여 제조한 시료에 형광등의 빛을 조사하여 부착된 오염물의 분해도를 평가하였다. 평가는 부직포필터 색의 변화를 색차계(色差計)(니혼덴시키고교샤:Z-1001DP)를 사용하여 행하였다. 광조사전의 오염된 상태의 색차를 100%로 하고, 담배 연기에 의한 오염물을 부착시키기 전의 색차를 0%로 하여 방오효과를 평가하였다. 비교용으로 SiO2중에 TiO2미립자를 분산시켰을뿐인 것으로서 샘플 No.11과, TiO2미립자를 함유하지 않는 SiO2만의 막인 경우의 것으로서 샘플 No.12에 대해서도 동일하게 필터섬유표면에 박막을 형성시켜 평가하였다.
이 결과를 도 23과 도 24에 나타낸다. 도 23은 상기 조건으로 연기의 필터통과시험을 행하였을 때의, 필터 오염상태를 경시적으로 색차로써 평가한 결과이다. 무처리의 아크릴섬유에 비교하여, TiO2나 SiO2를 성분으로 하는 유리질의 산화물광촉매 박막이 붙어 있는 경우에는, 약 50% 변색이 빠르고, 즉 약 50% 연기의 포집효율이 향상하고 있다. 도 24는 상기의 조건으로 연기를 흡착하여 갈색으로 변색한 필터에 형광등의 빛을 조사하여 광촉매에 의하여 부착물을 분해시키고, 변색한 필터의 색깔이 다시 원래의 색조로 복귀하는 정도를 색차의 경시측정으로 평가한 결과이다. 도면 중의 적산광량(積算光量)이란, 250 내지 350(nm) 파장의 빛이조사된 적산치를 나타낸다. 도면 중의 샘플 No.12는 TiO2를 함유하지 않는 SiO2만인 경우이고, 거의 분해에 의한 탈색효과가 인정되지 않는다. 샘플 No.11과 샘플 No.2에는 TiO2가 동량 함유되어 있어 모두 효과가 인정되나, 샘플 No.2는 LiNO3를 첨가한 본 발명에 의한 처방이고, 탈색의 속도는 크게 개선되었음을 알 수 있다. 특히 초기에 있어서는, LiNO3무첨가인 경우의 2배 이상의 높은 분해효율이 얻어지고 있다. 실제의 공기청정기나 환기선 등의 경우, 소량의 오염물이 부착됨과 동시에 실내광이 비추어지므로, 초기적인 분해의 속도가 중요하게 된다. 오염물의 부착량이 많아짐에 따라 빛이 오염물로 차단되어 섬유표면의 광촉매 박막에 도달하기 어려워지므로, 분해효율도 저하된다. 이 때문에 오염물이 두껍게 부착되기 전에 분해하는 것이 중요하게 된다.
실제의 환경에서, 상기의 장치를 사용한 본 시험과 동일 레벨의 오염물량을 필터에 부착시키기 위해서는, 밀폐한 3평간(약 20m2)에서 상기의 환기선을 가동시켰을 경우, 20개피의 담배를 연소시켜 120분간 가동후의 오염물량에 상당하는 것이었다.
이어서 본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 공기유로 속에 설치한 여과기구에 응용한 경우의 탈취효과에 대하여 검토한 결과를 정리한다. 대표적인 악취물질로서, 암모니아의 제거작용에 대하여 평가를 행하였다. 상기의 담배의 경우와 완전히 동일한 구성으로 검토를 행하였다. 담배연기 발생장치 대신에 일정량의 암모니아 가스를 용기 내부에 주입하고 용기 내부의 암모니아 가스 농도를 25(ppm)로 조정한 후에, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막이 형성된 부직포를 설치한 환기선을 구동시켰다. 먼저 맨처음으로, 연기포집의 경우와 동일하게 유리질의 산화물광촉매 박막에 의한 암모니아 가스의 흡착효과를 측정한 결과를 도 25에 나타낸다. 무처리의 아크릴섬유에서는, 1시간후에도 90(%) 이상의 암모니아 가스가 잔류하고 있는 데 대하여, TiO2나 SiO2를 성분으로 하는 유리질의 산화물광촉매 박막이 붙어 있는 경우에는 1시간후에 50(%) 이하의 농도까지 흡착 제거되었음을 알 수 있다. 연기뿐만 아니라 암모니아 가스의 포집효과가 인정된다.
이 암모니아 가스를 포화시킬 때까지 흡착시킨 후에, 용기 내부에 배치한 백열전구를 점등하여 필터면에 빛이 닿도록 하였다. 용기 내의 암모니아 가스 농도를 경시 측정하여 암모니아분해효과를 평가하였다. 이 결과를 도 26에 나타낸다.
TiO2를 함유하지 않는 샘플 No.12의 필터에서는 거의 농도변화는 인정되지 않는다. TiO2를 함유하는 No.11과 No.2는 광조사에 따라 암모니아 가스 농도는 저하하고 분해되었음을 알 수 있으나, No.2는 본 발명에 의한 LiNO3를 배합함으로써 분해효율이 크게 개선되어, 샘플 No.11에 비교하여 약 3배의 분해효율이 얻어졌다.
상기와 같은 방오, 탈취효과는, 공기청정기나 환기선에 대한 응용사례의 대표예로서 기재하였으나, 동일한 기구를 가지는 각종 물품의 필터로 완전히 동일한 효과를 발휘하는 것은 물론이다.
다음으로 실시예 1 내지 8에 나타낸 바와 같은 각종 물품의, 외장부품에 이용한 경우의 구체적인 효과를 평가한 결과를 이하에 정리한다. 시료로서는, 가장 자주 외장부품에 사용하는 사출성형용의 열가소성 ABS 수지(테크노폴리머사:터프렉스 451, 백색착색품)를 사용하였다. 5cm×5cm의 판형상의 성형품을 제작하고 이 표면을 코로나방전처리하였다. 이 코로나방전처리면에, 실시예 12에 있어서의 표 6에 나타낸 샘플 No.86 조성의 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 형성시켰다. 비교용으로 SiO2중에 TiO2미립자를 분산시켰을 뿐인 것으로서 표 1 중의 샘플 No.11과, TiO2미립자를 함유하지 않는 SiO2만의 막인 경우의 것으로서 샘플 No.12에 대해서도 마찬가지로 성형판표면에 박막을 형성시켜 평가하였다. 먼저 맨처음으로, 상기와 동일하게 담배 연기에 의한 오염물의 평가를 행하였다. 상기한 부직포필터의 시험과 완전히 동일한 구성으로 검토를 행하였다. 필터가 배치된 부분의 중앙부에 5cm×5cm의 ABS판을 고정하고 10개피의 담배를 연소시킨 후, 120분간 환기선을 구동시켜 흰 ABS판을 갈색으로 오염시켰다. 이 ABS판을 떼내어, 전과 동일하게 각종 조건의 빛을 조사시켜 그 전후의 색차측정에 의하여 제거율을 평가하였다. 이 결과를 도 27에 나타낸다.
이 결과, 필터의 경우와 거의 동일한 결과가 얻어졌으나, 부착되는 오염물 자체가 필터의 경우보다 적기 때문에 절반 이하의 광량으로 동일 정도의 탈색효과가 얻어졌다. 또 샘플 No.86는 LiNO3에 부가하여 ATO도 첨가성분으로서 배합되어 있고, 샘플 No.11과 비교하여 더욱 약간 높은 분해효율이 얻어지고 있다.
다음으로, 부엌 등과 같이 기름성분을 많이 사용하는 환경에서 물품이 사용되어, 유지에 의하여 오염된 경우의 방오효과에 대하여 평가한 결과를 정리한다. 실시예 12의 표 6에 나타낸 샘플 No.86의 조성의, 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 형성시킨 5cm×5cm의 유리판에, 샐러드유를 약 5(μm)의 두께로 얇게 도포하고 자외선램프의 빛을 조사시켜, 기름의 중량변화를 경시 측정하였다. 이 결과를 도 28에 나타낸다. 이 결과, TiO2를 함유하지 않는 샘플 No.12에서는 거의 중량변화는 확인되지 않는다. TiO2를 함유하는 No.11과 No.2는 광조사에 따라 기름을 분해하여 휘산하기 때문에 중량이 저하하나, No.2는 본 발명에 의한 LiNO3를 배합함으로써 분해효율이 크게 개선되어, 샘플 No.11에 비교하여 약 2배의 분해효율이 얻어졌다.
이상 일련의 실시예의 경우를 포함하여, 본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 형성할 때에는, 바탕재질과의 밀착성을 향상시키기 위하여 각종 방법을 사용할 수 있다. 프라이머를 사용하는 방법으로서는, 예를 들어 각종 커플링제를 미리 도포한 후에 광촉매막을 형성하면 효과가 있다.
일례로서는 실란커플링제나 유기티타늄계 화합물을 들 수 있다.
실란커플링제의 예로서는, 비닐트리스(β메톡시에톡시)실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트티메톡시실란, γ-(메타크릴옥시프로필)트리메톡시실란, β-(3, 4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시드옥시프로필메틸디에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, n-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란 등을 사용할 수 있다.
유기티타늄계 화합물로서는, 티타늄에스테르, 티타늄아실레이트, 티타늄킬레이트류를 사용할 수 있고, 특히 테트라-i-프로폭시티타늄, 테트라-n-부톡시티타늄, 테트라키스(2-에틸헥실디옥시)티타늄, 디-i-프로폭시·비스(아세틸아세토나토)티타늄, 티타늄-i-프로폭시옥틸렌글리콜레이트, 티타늄스테아레이트 등이 효과적이다.
또 각종 표면개질수단을 사용하여 대상물의 표면을 산화처리하여 히드록시기나 카르보닐기, 카르복실기 등을 도입하여 본 발명에 의한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 강고하게 결합시키는 방법도 효과가 있다.
구체적으로는, 자외선조사, 전자선조사, 코로나방전처리, 오존분위기처리 등의 방법을 들 수 있다. 폴리아미드수지나 폴리에스테르수지 등과 같은 비교적 친수성인 수지의 경우에는, 상기와 같은 전처리를 하지 않고 높은 부착력을 얻을 수 있으나, 폴리올레핀계 수지나 고결정성 수지에 대해서는 이들의 전처리를 행하는 것이 효과적이다.
본 발명에 있어서는, 광촉매의 활성을 높이기 위한 첨가성분으로서, Ag나 Cu를 혼합하면 효과가 있음은 상기한 대로이다. 이들은, 동시에 막 자체의 전기절연성을 낮추고 대전방지효과가 얻어지는데다가, 나아가서는 미생물번식을 억제하는 효과도 얻을 수 있다. Ag나 Cu의 이온은 항균성, 특히 세균저항성이 높은 것이 알려져 있고, 이들 Ag나 Cu를 병용한 경우에는 빛이 닿고 있지 않을 때라도 미생물의 번식을 억제할 수 있다.
본 발명의 대상으로 하는 응용범위는, 이상 구체예를 들어 설명한 장치로 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 원리는, 자외선 등의 특정 파장의 전자파를 조사함으로써 무기폴리머의 고분자화를 촉진할 수 있고, 이 결과 플라스틱류 등의 내열성이 낮은 소재의 표면에서도 TiO2를 주성분으로 하는 광촉매의 무기질 박막을 형성시키는 점과, 이 TiO2를 주성분으로 하는 광촉매의 반응활성도를 각종 성분을 첨가함으로써 수배 높이는 점을 살려, 열가소성의 범용플라스틱류로부터, 열경화성 플라스틱류나 또는 플라스틱재료를 도장한 면에 광촉매기능을 갖게 하는 것이고, 이 원리를 활용하여 종래에는 없는 낮은 내열성 소재 표면에 있어서 종래에는 없는 미약한 광강도로 유기물을 분해하게 하는 것이다. 또 막 자체의 표면저항치를 저하시키는 등의 반도체, 도체미립자를 첨가함으로써 도포막 표면의 대전방지효과가 얻어지므로, 정전기에 의한 오염물 부착이 적어진다.
본 발명에 있어서, 광촉매막을 형성시킨 부품표면에 조사되는 빛은, 형광등, 백열전구, 수은등의 빛이나 태양광 등이나, 이들 빛이 반드시 직사될 필요는 없다. 즉, 투명한 소재인 투명플라스틱이나 유리로 이루어지는 부품을 투과시킨 빛이 조사되는 등의 구성으로 하더라도 효과가 얻어진다. 일례를 들면, 도 1 내지 도 3의 공기청정기에 있어서의 패널(2)이나 프레임(4), 프론트 커버(16), 패널(18), 도 4의 환기선에 있어서의 프레임(29), 도 6 내지 도 7의 청소기에 있어서의 위쪽커버(52), 덮개커버(53), 그릴 커버(54), 흡구부(65), 배기통풍부(76), 도 8의 의류건조기에 있어서의 개폐뚜껑(86), 린트필터장치(99), 도 9 내지 도 11의 식기건조기에 있어서의 문(121), 배기구(128), 흡기구(117), 도 12 내지 도 14의 식기세척기 도어(137), 배기구(152), 도 15 내지 도 16의 음식물쓰레기처리기에 있어서의 안쪽뚜껑(71), 흡기구(174), 배기구(175) 등의 부품은 공기여과부재를 지지하거나 그 주변에 배치되는 부품이고, 통상 열가소성 플라스틱의 성형체로 되어 있으나, 이들 부품을 투명한 성형품으로 함으로써, 빛은 내부로 도입되어 오염물분해, 탈취, 항균 등의 경화를 내부에서 발현할 수 있는 것이다.
투명한 플라스틱의 일례로서는, PMMA, AS, PC, ABS, PVC, 폴리-4-메틸펜텐-1(TPX) 등이 특히 적합하다.
또, 이들 투명플라스틱소재에 안료나 염료를 반죽시켜 착색해도 좋다. 그러나, 착색시키는 경우에는, 황색이나 적색 녹색형의 착색은, 단파장의 빛을 흡수하기 때문에 분해효과를 저하시키므로 바람직하지 못하다. 착색하는 경우 바람직한 색조는 청색계 또는 흑색계(스모크)이다.
본 발명자들은 예의 검토를 행한 결과, 투명부품의 색과 광촉매의 분해효율의 관계를 명백하게 하였다. 이하 논의하는 투명부재의 색에 대해서는 JIS-Z-8730에 나타난 바와 같은 Hunter, Lab법으로 규정한다. 즉, 무채색인 흑백의 정도(명도)를 나타내는 L치, 빨강과 초록의 정도를 나타내는 a치 및 파랑과 노랑의 정도를 나타내는 b치에 의하여 표현하는 것이다.
L치는 클수록 바람직하다. 채색에 대해서는, 황색계의 투명부품은 다른 색에 비교하여, 광촉매에 있어서의 분해반응에 필요한 단파장 빛의 흡수가 커서 문과치(文科値) 효율을 저하시킨다. 즉 Lab법에서는 b치가 적을수록 바람직하다. 또a치에 대해서는, 일정값 이상 일정치 이하의 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다.
이들 색과 분해효율의 관계를 평가한 결과를 도 29에 나타낸다. PMMA 수지를 베이스로 하여 각종 안료에 의하여 착색시킨 컬러 플레이트를 사용하여 도 24의 시험과 동일한 조건으로 담배 5개피분을 연소시켜, 필터에 부착시킨 담배 연기의 오염물의 탈색분해율을 측정하였다. 사용한 광촉매소재는 표 1 중의 샘플 No.2이고, PMMA 수지는 미쓰비시레이온(주)의 아크리페트 MD를 각 색으로 착색한 두께 2.0(mm)의 컬러 플레이트를 사용하였다. 이것은 자외선흡수제가 첨가된 수지이고, 360(nm) 부근의 자외선을 흡수한다. 도 29 중의 분해율이란, 2(m)의 거리에서 40와트의 형광등의 빛을 오염시킨 필터에 20시간 조사한 후의, 색차변화로부터 구한 탈색률을 나타낸다. 시료의 각 색 컬러 플레이트를 오염시킨 필터 상에 놓고 형광등을 투과시켜 조사한 후에 탈색정도로 분해율을 산출하였다. 표준적인 실제의 흡연환경에서는, 본 조건의 시험에서 40(%) 이상의 분해율이 얻어지면 연기에 의한 오염물이 축적되지 않아 연속사용에 견디는 것이다.
이 시험결과로부터, L치가 +50 이상이고, 또한 a치가 -20 이상 +20 이하이며, 또한 b치가 +20 이하로 되는 조건의 경우, 40(%) 이상의 분해율을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
본 시험은 JIS-Z-8730(색차표시법)에 따른 것으로서, 사용한 측정기는 JIS-Z-8722에 준한, 니혼덴시키고교(주)제의 Z1001DP이다. 측정시료는 2.0(mm) 두께의 판의 투과광을 측정하였다.
본 발명에 의한, 상기에 설명한 바와 같은 작용을 가진 부재를, 각종 장치류의 공기가 흐르는 부위에 설치함으로써, 부착된 유기물을 효과적으로 분해할 수 있으므로, 공기흐름을 발생시키거나 또는 그 공기흐름을 여과하거나 하는 등의 구조를 가지는 장치라면 어떤 제품이더라도 용이하게 응용할 수 있다.
일례로서는, 난방기구로서, 석유팬히터나 가스팬히터, 전기히터류나 각로 등에 응용할 수 있다. 공기조화기나 제습기 또는 냉풍선에도 동일하게 응용할 수 있다. 또, 가열식이나 초음파식의 가습기에도 응용할 수 있다. 오븐이나 전자조리기 등의 가열조리기구류에도 적용할 수 있다. 헤어 드라이어에도 이용할 수 있다. 또, 냉각팬을 구비하는 장치류에도 사용할 수 있다. 즉 퍼스널 컴퓨터나 워드 프로세서 등의 각종 컴퓨터류나 브라운관 등의 그들 컴퓨터기기의 디스플레이류 또는 복사기나 레이저빔 프린터 등의 전자사진기구를 사용하는 장치류, 액정프로젝터나 슬라이드투영기 등의 장치류에 부대되어 있는 냉각팬 부분이나, 이들 장치의 냉각팬을 사용한 냉각풍의 통풍에 사용하는 흡기구나 배기구부분, 그들 흡배기구부분에 설치한 필터부분에도 본 발명과 동일한 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 설치할 수 있고, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 16)
표 10에 나타낸 조성의 광촉매필터인 ATO 첨가 또는 RuO2-ATO 첨가 TiO2광촉매부착필터의 제작순서를 이하에 나타낸다.
ATO 용액은 이하와 같이 제조하였다. SnCl4를 프로판올에 용해하여 10wt% SnO2용액을 조제하였다. 또, 이소프로폭시안티몬을 프로판올에 용해하여 4wt%Sb2O5용액을 조제하였다. 다음으로 이들 두 종류의 용액을 적당량 혼합시키고, SnO2에 대하여 몰비 1:1의 2-아미노에탄올을 첨가하고, 이어서 SnO2에 대하여 4배몰의 물을 첨가하여, 5wt% ATO 용액을 제조하였다. RuO2-ATO 용액은 상기 ATO 용액에 루테늄아세틸아세테이트를 용해하여 0.05wt% RuO2-5wt% ATO 용액으로 하였다.
다음으로, ATO 및 RuO2-ATO 첨가 TiO2분말의 제조법을 나타낸다. ATO 첨가 및 RuO2-ATO 첨가 중 어느 쪽의 경우도 소정량의 TiO2분말(아나타아제)을 앞서 제조한 용액중에 첨가하고, 60℃로 2시간 교반후, 일단 증발접시에서 250℃로 건조하여 분말로 한 후, 550℃로 3시간 처리하여, ATO 및 RuO2-ATO의 첨가량이 다른 TiO2분말을 제조하였다.
이어서, ATO 첨가 및 RuO2-ATO 첨가 TiO2광촉매 코팅액 제조순서 및 ATO 첨가 및 RuO2-ATO 첨가 TiO2광촉매필터의 제작법을 나타낸다.
ATO 첨가 및 RuO2-ATO 첨가 TiO2광촉매 코팅액은, 모두 앞서 제조한 분말을 4wt% SiO2졸 중에 소정량 첨가하고, 지르코니아 볼을 사용하여 20시간 밀링하여 코팅액을 제조하였다. 이와 같이 제조한 코팅액에, 아크릴섬유로 이루어지는 필터를 침지하고 에어 블로우하여 여분의 코팅액을 제거하고 120℃로 5분간 처리하여 광촉매부착필터를 제작하였다. 각 광촉매의 조성은 표 10에 나타낸 대로이다.
본 발명의 성막법은, 120℃ 정도로 제작이 가능하고, 파이렉스유리기판 이외에 플라스틱재료에 대한 응용이 가능하다. 통상의 졸겔법에서는, 400℃ 정도의 온도가 필요하기 때문에 플라스틱제품에 대한 응용이 곤란하거나 TiO2의 결정화에 10분 이상의 시간이 필요하다. 한편, 본 발명의 제작법은 저온으로 성막이 가능하기 때문에 사용할 수 있는 기재가 풍부해서, 어떠한 표면에도 광촉매를 성막할 수 있다. 또, 수분간이라는 단시간처리가 가능해서 생산비용의 대폭적인 저하가 가능하다.
광촉매필터는 공기세정기 등에 응용가능하다. 이 경우 공기중에 존재하는 악취성분 및 세균, 담배 연기 등의 제거가 가능하다. 특히, 통상의 필터가 흡착제에 의한 흡착제거이기 때문에 포화흡착후에 그 효과가 상실되어 교환할 필요가 있는 데 대하여, 광촉매부착필터는 흡착한 악취성분 및 세균, 담배 연기 등을 광촉매작용에 의하여 제거할 수 있기 때문에 필터교환횟수를 적게 할 수 있다.
표 10에 나타낸 조성의 광촉매필터를 공기세정기에 설치하여 담배 연기가 충만한 방에서 작동시켜, 필터에 담배 연기를 흡착시켜 변색시켰다. 이 변색된 필터를 인출하고 형광등을 조사하여 색의 변화를 측정하여, 흡착한 담배 연기의 분해성을 조사하였다. 또한, 분해율은 색채계에 의하여 측정한 변색량으로부터 산출하였다.
표 10에는 형광등조사 5시간후의 분해율을 나타냈다. ATO 무첨가촉매에 대하여 ATO 첨가촉매의 분해율은 커지고 있다. 또, RuO2-ATO 첨가는 더욱 분해율이 커지고 있고, RuO2, ATO 첨가가 유효함을 알 수 있다.
ATO 첨가광촉매는, ATO와 TiO2가 접촉함으로써 ATO의 전자를 TiO2광촉매가 이용함에 따라, 광촉매의 성능이 향상된다.
산화물 반도체의 전자친화력이 Ti의 그것보다 작은 경우에는, 미립자의 입자계면에는 쇼트 키 배리어가 형성되어 첨가한 산화물 반도체의 캐리어가 TiO2중에 주입될 수 없어 효과가 나타나지 않는다. 이에 대하여 산화물 반도체의 전자친화력이 Ti의 그것보다 작은 경우에는, 미립자의 입자계면에는 쇼트 키 배리어가 형성되지 않고 오믹접합으로 되어 용이하게 산화물 반도체의 캐리어가 TiO2중에 주입되어 유효하게 기능한다. 특히 ATO는, 전자친화력은 Ti보다 약간 작으나 그 차는 거의 없기 때문에 성능향상이 보여진다. 도전성 산화물인 ATO는 캐리어농도가 높아 ATO의 대량의 캐리어가 TiO2중에 주입되어, 광촉매의 활성이 향상하였다. 최근 ATO는 도전성 산화물로서 주목받아, 초미립자(입경 200Å 이하, 특히 20Å 내지 100Å 이하가 바람직하다.)가 시판되고 있다. TiO2광촉매에 초미립자 ATO를 첨가하여 보다 간단하게 ATO 첨가 TiO2광촉매를 제작할 수 있다. 단 이와 같은 초미립자 ATO를 사용하여 5wt% ATO 첨가 TiO2광촉매부착필터를 제작하여 동일한 시험을 행한 바, 5시간후의 분해율은 35%로서, 본 발명의 광촉매의 42%보다 작다. 초미립자 ATO 첨가에서는 TiO2미립자에 접촉한 ATO 입자도 존재하나, SiO2중에 존재하는 입자도 있어, 효율적이지 않다. 한편, 본 발명의 경우에는 TiO2미립자에 미리 ATO용액을 첨가하여 소성하기 때문에, ATO와 TiO2입자의 접촉면적이 크고, 또한 소성에 의하여 접합상태도 양호해서 이종반도체간에서의 전자이동도 원활하게 된다. 또 p형 반도체인 RuO2는, n형 반도체인 TiO2, ATO가 빛을 흡수하여 생성한 전자와 홀 중 홀을 끌어당기기 때문에, 전자와 홀의 재결합을 억제할 수 있다. 따라서, 빛을 흡수하여 생성한 전자 및 홀을 유효하게 촉매반응에 이용할 수 있고, 또한 분해율을 향상시킬 수 있다. 이상과 같은 효과에 의하여, 본 발명에서는 광촉매의 분해성능을 향상할 수 있었다.
(실시예 17)
광촉매의 성능은 ATO 첨가뿐만 아니라 다른 첨가제의 첨가에 의하여 더욱 향상될 수 있다.
표 11에는 실시예 16에서 제작한 광촉매에, 다시 Li, Na, Mg를 첨가한 촉매의 조성과 담배 연기의 분해시험결과를 나타냈다. 결과는 Li, Na, Mg 중 어느 하나를 첨가한 경우도 분해율이 향상하여, 보다 고성능인 필터를 제작할 수 있음을 알 수 있다. Li, Na, Mg는 이온 반경이 Ti의 이온 반경과 가깝고, TiO2표면의 Ti 결함에 용이하게 침입하여 결정의 안정성을 증가시킨다. 또, Li, Na, Mg는 이온성이 강하기 때문에 전자를 끌어당기기 쉬워, 빛을 흡수하여 생성한 전자와 홀을 분리하여 반응효율을 크게 할 수 있다.
(실시예 18)
실시예 16에서 제작한 Li 첨가광촉매와 Li 무첨가광촉매에 대하여, 형광등,태양광, 백열램프, 수은등을 사용하여 아세트알데히드, 요소, 암모니아, 대장균의 분해특성을 비교하였다. 그 결과 Li-RuO2-ATO 첨가광촉매는 어느 쪽의 램프를 사용하더라도 아세트알데히드, 요소, 암모니아, 대장균의 분해특성이 무첨가광촉매의 3 내지 5배의 효과가 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 Li-RuO2-ATO 첨가촉매는, 생활환경하에서 사용하는 램프로 충분한 효과가 얻어짐을 알 수 있었다. 또, Li 이외의 Na, Mg를 첨가한 경우에도 동일한 효과가 얻어졌다.
이상과 같이, 간편한 수법으로, 저온성막이 가능하고 모든 재료표면에 광촉매를 형성할 수 있으며 생활환경하에서 유효한 고활성광촉매를 제공하고 항균, 방오효과가 뛰어난 재료로서, 각종 응용제품의 부품교환 및 청소횟수를 적게 할 수 있다.
SiO2(wt%) TiO2(wt%) ATO(wt%) RuO2(wt%) 5시간후 분해율(%)
10 90 0 30
10 88 2 36
10 85 5 42
10 80 10 38
10 70 20 31
10 87.98 2 0.02 48
10 84.95 5 0.05 49
10 79.9 10 0.1 43
10 69.8 20 0.2 38
10 37.5 50 0.5 28
SiO2(wt%) TiO2(wt%) ATO(wt%) RuO2(wt%) Li(NO3)(wt%) Na(NO3)(wt%) Mg(NO3)2(wt%) 5시간후 분해율(%)
10 85 0 5 35
10 83 2 5 42
10 80 5 5 53
10 75 10 5 52
10 65 20 5 36
10 84 0 1 5 42
10 82 2 1 5 56
10 79 5 1 5 59
10 74 10 1 5 58
10 64 20 1 5 46
10 34 50 1 5 34
10 85 0 5 33
10 83 2 5 40
10 80 5 5 51
10 75 10 5 49
10 65 20 5 34
10 84 0 1 5 40
10 82 2 1 5 52
10 79 5 1 5 56
10 74 10 1 5 57
10 64 20 1 5 48
10 34 50 1 5 38
10 85 0 5 32
10 83 2 5 40
10 80 5 5 50
10 75 10 5 50
10 65 20 5 33
10 84 0 1 5 39
10 82 2 1 5 48
10 79 5 1 5 47
10 74 10 1 5 47
10 64 20 1 5 42
10 34 50 1 5 39
(실시예 19)
표 12에 나타낸 RSO 첨가 TiO2광촉매부착필터의 제작순서를 이하에 나타낸다.
RSO 용액은 이하와 같이 제조하였다. 로테늄아세틸아세테이트를 프로판올에 용해하여 2mol% RuO2용액을 조제하였다. 또, Sr(NO3)2를 프로판올에 용해하여2mol% SrO 용액을 조제하였다. 이어서 이들 두 종류의 용액을 적당량 혼합시켜, RuO2에 대하여 몰비 1:1의 2-아미노에탄올을 첨가하고, 이어서 RuO2에 대하여 4배몰의 물을 첨가하여, 1mol% RSO 용액을 제조하였다.
다음으로, RSO 첨가 TiO2분말의 제조법을 나타낸다. 앞서 제조한 용액을 60℃로 2시간 교반후, 일단 증발접시에서 250℃로 건조하여 분말로 한 후, 850℃로 5시간 처리하여, RSO 분말을 제조하였다.
이어서, RSO 첨가 TiO2광촉매 코팅액 제조순서 및 RSO 첨가 TiO2광촉매필터의 제작법을 나타낸다.
RSO 첨가 TiO2광촉매 코팅액은, 모두 앞서 제조한 RSO 분말 및 TiO2(아나타아제)분말을 4wt% SiO2졸 중에 소정량 첨가하고, 지르코니아 볼을 사용하여 20시간 밀링하여 코팅액을 제조하였다. 이와 같이 제조한 코팅액에, 아크릴섬유로 이루어지는 필터를 침지하고 에어 블로우하여 여분의 코팅액을 제거하고, 120℃로 5분간 처리하여 광촉매부착필터를 제작하였다. 각 광촉매의 조성은 표 12에 나타낸 대로이다.
본 발명의 성막법은, 120℃ 정도로 제작이 가능하고, 파이렉스유리기판 이외에 플라스틱재료에 대한 응용이 가능하다. 통상의 졸겔법에서는, 400℃ 정도의 온도가 필요하기 때문에 플라스틱제품에 대한 응용이 곤란하거나 TiO2의 결정화에 10분 이상의 시간이 필요하다. 한편, 본 발명의 제작법은 저온으로 성막이 가능하기때문에 사용할 수 있는 기재가 풍부해서, 어떠한 표면에도 광촉매를 성막할 수 있다. 또, 수분간이라는 단시간처리가 가능해서 생산비용의 대폭적인 저하가 가능하다.
광촉매필터로서는 공기세정기 등에 응용 가능하다. 이 경우 공기중에 존재하는 악취성분 및 세균, 담배 연기 등의 제거가 가능하다. 특히, 통상의 필터가 흡착제에 의한 흡착제거이기 때문에 포화흡착후에 그 효과가 상실되어 교환할 필요가 있는 데 대하여, 광촉매부착필터는 흡착한 악취성분 및 세균, 담배 연기 등을 광촉매작용에 의하여 제거할 수 있기 때문에 필터교환횟수를 적게 할 수 있다.
표 12에 나타낸 조성의 광촉매필터를 공기세정기에 설치하여 담배 연기가 충만한 방에서 작동시켜 필터에 담배 연기를 흡착시켜 변색시켰다. 이 변색된 필터를 인출하고 형광등을 조사하여 색의 변화를 측정하여, 흡착한 담배 연기의 분해성을 조사하였다. 또한, 분해율은 색채계에 의하여 측정한 변색량으로부터 산출하였다.
표 12에는 형광등조사 5시간후의 분해율을 나타냈다. RSO 무첨가촉매에 대하여 RSO 첨가촉매의 분해율은 커지고 있어, RSO 첨가가 유효함을 알 수 있다.
RSO 첨가 광촉매는, RSO와 TiO2가 접촉함으로써 RSO의 홀을 TiO2광촉매가 이용함에 따라, 광촉매의 성능이 향상한다. 한 광촉매의 산화활성은, 빛의 흡수에 의하여 생성한 전자와 홀의 산화환원작용에 기인한다. 특히 생성한 홀은, 수산화 라디칼을 생성하여 강력한 산화작용을 생기게 한다. RSO는 p형 반도체이고 대량의홀을 가진다. RSO와 TiO2가 접촉함으로써 TiO2중에 홀이 주입되고, TiO2표면에서 유기물 등을 산화시켜 광촉매의 활성이 향상하였다.
광촉매의 성능향상에는 RSO 첨가뿐만 아니라 다른 첨가제의 첨가에 의하여 더욱 향상시킬 수 있다.
표 13에는 실시예 19에서 제작한 광촉매에, 다시 Li, Na, Mg를 첨가한 촉매의 조성과 담배 연기의 분해시험결과를 나타냈다. 결과는 Li, Na, Mg 중 어느 하나를 첨가한 경우에도 분해율이 향상하여, 보다 고성능인 필터를 제작할 수 있음을 알 수 있다. Li, Na, Mg는 이온 반경이 Ti의 이온 반경과 가까워, TiO2표면의 Ti 결함에 용이하게 침입하여, 결정의 안정성을 증가시킨다. 또, Li, Na, Mg는 이온성이 강하기 때문에 전자를 끌어당기기 쉬워, 빛을 흡수하여 생성한 전자와 홀을 분리하여 반응효율을 크게 할 수 있다.
SiO2(wt%) TiO2(wt%) RSO(wt%) 5시간후 분해율(%)
10 90 0 30
10 88 2 38
10 85 5 48
10 80 10 46
10 70 20 35
10 40 50 27
SiO2(wt%) TiO2(wt%) RSO(wt%) Li(NO3)(wt%) Na(NO3)(wt%) Mg(NO3)2(wt%) 5시간후 분해율(%)
10 85 0 5 40
10 83 2 5 46
10 80 5 5 58
10 75 10 5 57
10 65 20 5 41
10 85 0 5 38
10 83 2 5 44
10 80 5 5 56
10 75 10 5 55
10 65 20 5 42
10 85 0 5 38
10 83 2 5 43
10 80 5 5 56
10 75 10 5 54
10 65 20 5 39
(실시예 20)
실시예 19에서 제작한 Li 첨가 광촉매와 Li 무첨가 광촉매에 대하여, 형광등, 태양광, 백열램프, 수은등을 사용하여 아세트알데히드, 요소, 암모니아, 대장균의 분해특성을 비교하였다. 그 결과 Li-RuO2-RSO 첨가 광촉매는 어느 쪽의 램프를 사용하더라도 아세트알데히드, 요소, 암모니아, 대장균의 분해특성이 무첨가광촉매의 3 내지 5배의 효과가 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 Li-RuO2-RSO 첨가 촉매는, 생활환경하에서 사용하는 램프로 충분한 효과가 얻어짐을 알 수 있었다. 또, Li 이외의 Na, Mg를 첨가한 경우의 동일한 효과가 얻어졌다.
(실시예 21)
실시예 19와 같은 RSO 분말을 TiO2분말에 혼합하는 수법에서는, TiO2미립자에 접촉한 RSO 입자도 존재하나, SiO2를 바인더로서 사용하기 때문에 SiO2중에존재하는 입자도 있어, 효율적이지 않다. 한편, TiO2미립자에 미리 RSO 용액을 첨가하여 소성할 수 있으면, RSO와 TiO2입자의 접촉면적이 크고, 또한 소성에 의하여 접합상태도 양호해서 이종반도체사이에서의 전자이동도 원활하게 된다. 그러나, RSO를 제작하기 위해서는 700 내지 850℃라는 온도가 필요하고, 이 이하의 온도에서는 RSO가 결정화하지 않기 때문에 p형 반도체로서 기능하지 않는다. TiO2의 경우, 600℃ 이상에서 그 결정은 루틸형으로 된다. 광촉매로서의 충분한 기능을 발현하는 것은 아나타아제형이다. 루틸형에서는 광촉매의 성능이 급격히 저하하게 된다. 따라서, RSO 첨가후에 TiO2를 고온처리하면, RSO는 p형 반도체로 되나, TiO2는 루틸형으로 상(相) 전이하여 광촉매로서의 기능을 상실하게 된다. 그래서, 광촉매로서 TiO2와 동일한 기능을 기대할 수 있는 STO(SrTiO3)를 사용하여, RSO 첨가 STO 광촉매가 유효하게 된다. STO는 TiO2와 거의 동일한 밴드구조를 가지고 있다. 또, 그 제조법은 700 내지 850℃라는 고온으로 처리하여 결정화시킨다. 또한, RSO와 STO는 어느 쪽의 결정이나 페로브스카이트로서, 그 결정격자정수는 Sr-O가 공통 이기 때문에 거의 동일하다. 따라서, 제작조건도 RSO에 매우 가깝고 접합상태도 양호하게 될 수 있다. 이하에 RSO 첨가 STO 분말의 제조법을 나타낸다.
STO 분말은 다음과 같이 제조하였다. 이소프로폭시티타네이트를 프로판올에 용해하여 2mol% TiO2용액을 제조하고, 이어서 TiO2에 대하여 몰비 1:1의 Sr(NO3)2를 첨가하고, TiO2에 대하여 몰비 1:1의 2-아미노에탄올을 첨가하여, 이어서 TiO2에 대하여 4배몰의 물을 첨가하여, 1mol% STO 용액을 제조하였다.
다음으로 이 용액을 60℃로 2시간 교반후, 일단 증발접시에서 250℃로 건조하여 분말로 한 후, 850℃로 5시간 처리하여, STO 분말을 제조하였다.
이하에 RSO 첨가 STO 분말의 제조법을 나타낸다.
실시예 19에서 제조한 RSO 용액에 소정량의 STO 분말을 첨가하고 60℃로 2시간 교반후, 일단 증발접시에서 250℃로 건조하여 분말로 한 후, 850℃로 5시간 처리하여, RSO 첨가 STO 분말을 제조하였다.
다음으로, RSO 첨가 STO 광촉매 코팅액 제조순서 및 RSO 첨가 STO 광촉매필터의 제작법을 나타낸다.
RSO 첨가 STO 광촉매 코팅액은, 앞서 제조한 RSO 첨가 STO 분말을 4wt% SiO2졸 중에 소정량 첨가하고, 지르코니아 볼을 사용하여 20시간 밀링하여 코팅액을 제조하였다. 이와 같이 제조한 코팅액에 아크릴섬유로 이루어지는 필터를 침지하고, 에어 블로우하여 여분의 코팅액을 제거하고, 120℃로 5분간 처리하여 광촉매부착필터를 제작하였다. 제작한 RSO 첨가 STO 광촉매는, 고온으로 소결하여 입자성장한 STO 분말로 이루어지기 때문에, 약간 TiO2계에 비하여 아크릴섬유와의 밀착성이 나쁘나 외견은 깨끗했다. 각 광촉매의 조성은 표 14에 나타낸 대로이다.
표 14에 나타낸 조성의 광촉매필터를 공기세정기에 설치하여 담배 연기가 충만한 방에서 작동시켜 필터에 담배 연기를 흡착시켜 변색시켰다. 이 변색된 필터를 인출하고 형광등을 조사하여 색의 변화를 측정하여, 흡착한 담배 연기의 분해성을 조사하였다. 또한, 분해율은 색채계에 의하여 측정한 변색량으로부터 산출하였다.
표 14에는 형광등조사 5시간후의 분해율을 나타냈다. RSO 첨가 STO 촉매는 RSO 첨가 TiO2촉매에 비하여 분해율은 커지고 있어, RSO 첨가 STO가 유효함을 알 수 있다.
또, 광촉매의 성능향상에는 RSO 첨가뿐만 아니라 다른 첨가제의 첨가에 의하여 더욱 향상시킬 수 있다.
표 14에는 제작한 RSO 첨가 STO 광촉매에 다시 Li, Na, Mg를 첨가한 촉매의 조성과 담배 연기의 분해시험결과를 나타냈다. 결과는 Li, Na, Mg 중의 어느 하나를 첨가한 경우에도 분해율이 향상하여, 보다 고성능인 필터를 제작할 수 있음을 알 수 있다. Li, Na, Mg는 이온 반경이 Ti의 이온 반경과 가까워, STO 표면의 Ti 결함에 용이하게 침입하여, 결정의 안정성을 증가시킨다. 또, Li, Na, Mg는 이온성이 강하기 때문에 전자를 끌어당기기 쉬워, 빛을 흡수하여 생성한 전자와 홀을 분리하여 반응효율을 크게 할 수 있다.
RSO 첨가 STO 광촉매필터는, 앞서 설명한 바와 같이 약간 밀착성이 나쁘다. 그래서, 밀착성이 양호한 TiO2계를 혼합하여 아크릴섬유에 코팅하여 광촉매필터를 제작하였다. 조성 및 담배 연기의 분해성은 표 15에 나타냈다. 결과는 밀착성 및 담배 연기의 분해 모두 양호한 결과가 얻어져, 고성능광촉매를 제작할 수 있었다.
이상과 같이, p형 반도체인 RSO는, STO 중에 홀을 주입하거나 또는 STO가 빛을 흡수하여 생성한 전자와 홀 중 홀을 끌어당기기 때문에, 전자와 홀의 재결합을 억제할 수 있다. 따라서, 빛을 흡수하여 생성한 전자 및 홀을 유효하게 촉매반응에 이용할 수 있고, 또한 분해율을 향상시킬 수 있다. 이상과 같은 효과에 의하여, 본 발명에서는 광촉매의 분해성능을 향상시킬 수 있었다.
이와 같이, 간편한 수법으로, 저온성막이 가능하고, 모든 재료표면에 광촉매를 형성할 수 있으며, 생활환경하에서 유효한 고활성광촉매를 제공하고, 항균, 방오효과가 뛰어난 재료로서, 각종 응용제품의 부품교환 및 청소횟수를 적게 할 수 있다.
SiO2(wt%) STO(wt%) RSO(wt%) Li(NO3)(wt%) Na(NO3)(wt%) Mg(NO3)2(wt%) 5시간후 분해율(%)
10 85 0 5 43
10 80 5 5 58
10 75 10 5 68
10 65 20 5 66
10 35 50 5 45
10 85 0 5 40
10 80 5 5 56
10 75 10 5 65
10 65 20 5 63
10 35 50 5 42
10 85 0 5 40
10 80 5 5 56
10 75 10 5 64
10 65 20 5 62
10 35 50 5 41
SiO2(wt%) TiO2(wt%) RSO/STO(wt%) Li(NO3)(wt%) Na(NO3)(wt%) Mg(NO3)2(wt%) 5시간후 분해율(%)
10 85 0 5 40
10 80 5 5 52
10 75 10 5 65
10 65 20 5 63
10 35 50 5 45
10 85 0 5 38
10 80 5 5 50
10 75 10 5 61
10 65 20 5 58
10 35 50 5 44
10 85 0 5 38
10 80 5 5 49
10 75 10 5 61
10 65 20 5 60
10 35 50 5 43
(실시예 22)
SiO2졸 중에 TiO2미립자 및 제올라이트(알루미늄규산염)을 분산시킨 용액을 제조하였다. 이 용액을 사용하여 아크릴섬유상에 TiO2막을 형성하여 광촉매부착필터를 제작하였다. 이하에 그 순서를 나타냈다.
먼저, SiO2졸의 제조법에 대하여 설명한다. 5g의 테트라에톡시실란을 100ml의 물-에탄올-프로판올(3:27:70)혼합용액중에 용해하여 40℃로 5시간 정도 교반하였다. 얻어진 용액은 실온에서 2주간 방치하여 SiO2졸로 하였다.
이어서 SiO2졸 중에 TiO2미립자 및 제올라이트를 분산시킨 용액의 제조법에 대하여 설명한다. 앞서 제조한 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 중량비로 TiO2/SiO2= 9로 하여 첨가하고, 소정량의 ZSM-5(합성제올라이트, 이하 동일)을 첨가하였다. 또, 고형분농도는 4wt%로 하고 필요량의 물을 첨가하여 조정하였다. 그 후 5mmø의 지르코니아 볼을 사용하여 SiO2졸 중에 TiO2미립자 및 ZSM-5를 분산시키기 위하여 24시간 볼 밀로 처리하고, SiO2졸 중에 TiO2미립자 및 ZSM-5를 분산시킨 용액을 제조하였다.
아크릴섬유로 제조한 ZSM-5 첨가 TiO2미립자분산 SiO2졸을 코트하여 120℃로 5분간 처리하여 SiO2막 중에 TiO2미립자 및 ZSM-5가 분산한 TiO2분산 SiO2막을 코트한 필터를 형성하였다. 제작한 광촉매의 조성은 SiO2= 8wt%, TiO2= 72wt%, ZSM-5 = 20wt%로 하였다.
광촉매필터는 공기세정기 등에 응용 가능하다. 이 경우 공기중에 존재하는 악취성분 및 세균, 담배 연기 등의 제거가 가능하다. 특히, 통상의 필터가 흡착제에 의한 흡수제거이기 때문에 포화흡착후에 그 효과가 상실되어 교환할 필요가 있는 데 대하여, 광촉매부착필터는 흡착한 악취성분 및 세균, 담배 연기 등을 광촉매작용에 의하여 제거할 수 있기 때문에 필터교환횟수를 적게 할 수 있다.
앞서 제작한 광촉매필터를 유리로 만든 용기에 봉입하고, 가스성분인 아세트알데히드를 400ppm 쳐서넣고, 용기 내를 팬으로 순환시켜 형광등을 조사하여 광촉매성능을 조사하였다. 또한, 가스의 분석은 적외선검출기를 접속하여 순환시켜 항상 측정하였다. 측정결과는 도 30에 나타냈다. 제올라이트무첨가의 경우에는 아세트알데히드는 처음에 급격하게 감소하고 그 후 서서히 감소해 가나, 가스가 쳐서넣어지면 초기값으로 복귀하며, 이와 같은 조작을 반복하면 흡착 및 분해반응이 평형에 도달한다. 이는 아세트알데히드가 처음에 TiO2에 흡착하여 급격하게 감소하고, 그 후 광촉매의 작용에 의하여 서서히 분해되고 있는 것을 나타내고 있다. 이어서 가스가 쳐서넣어지면, 광촉매에 의하여 분해되어 빈 흡착사이트에 아세트알데히드가 흡착하여 급격하게 감소하고 그 후 서서히 분해되고 있다. 이에 대하여 제올라이트첨가에서는, 제올라이트의 흡착제로서의 효과에 의하여, 도입된 가스는 거의 분위기중에서 소멸한다. 이어서 흡착된 가스는 서서히 광촉매작용에 의하여 분해되고 있다. 따라서, 제올라이트를 첨가하여 흡착효과를 가미함으로써 공기중의 가스를 신속하게 흡착 제거하고 그 후 광촉매가 분해되어, 공기중을 항상 깨끗하게 유지할 수 있다.
(실시예 23)
제올라이트의 Si:Al 비의 영향을 조사하기 위하여, Si:Al = 80:20, 50:20, 30:20의 3종을 첨가하여 그 차를 조사하였다. 결과는 도 31에 나타낸 바와 같이, Si비가 클수록 고성능임을 알 수 있었다. Si비가 큰 제올라이트는, 표면적도 크기 때문에 흡착량이 많을 뿐만 아니라, 흡착수의 양이 많아 광촉매에 필요한 표면흡착수를 제공할 수 있기 때문이다.
(실시예 24)
다음으로 제올라이트에 Cu, Ag, Li, Na, Mg 이온을 이온 교환하여 도입한 경우의 성능을 조사하였다. 결과는 도 32에 나타낸 바와 같이, Cu, Ag 이온 교환은 이온교환전후(도 30과 비교)에 그다지 변화가 없다. 한편, Li, Na, Mg 이온 교환은 성능향상이 보여졌다. 이것은, Na, Li, Mg와 같은 이온성이 강한 원소는, 제올라이트중에서 +로 대전된 공간이 생기고, TiO2가 빛을 흡수하여 생성한 전자를 끌어당겨 전자와 홀을 분리하고, 재결합을 억제하여 반응효율이 커졌기 때문이다.
Cu, Ag 이온 교환 제올라이트첨가에 대해서는, 대장균을 사용한 항균성 시험을 행하였다. 결과는 도 33에 나타냈다. 제올라이트 내지는 광조사하지 않는 동안에는 대장균이 번식하고 있다. 제올라이트를 첨가한 경우에는, 광조사시의 대장균멸균율은 동일하나, 광조사없이 약간 대장균수가 감소하고 있다. Cu, Ag 이온 교환 제올라이트는, 광조사시의 대장균의 멸균율을 향상하고, 또한 광조사하지 않는 동안의 멸균율도 그 외에 비하여 크게 양호한 결과를 얻었다.
이상과 같이, 제올라이트를 첨가함으로써 암(暗)반응의 항균성이 향상하고, 또한 Cu, Ag 이온 교환하면 광조사시 및 암반응시 모두 성능향상이 보여져, 뛰어 난 항균제를 제조할 수 있었다.
이와 같이, 모든 재료 표면에 광촉매를 형성할 수 있고, 생활환경하에서 유효한 고활성광촉매를 제공하여, 흡착효과와 분해반응에 의하여 공기중의 가스성분의 제거를 효율적으로 행한다.
(실시예 25)
SiO2졸 중에 TiO2미립자 및 청색안료를 분산시킨 용액을 제조하였다. 이 용액을 사용하여 아크릴섬유상에 TiO2막을 형성하여 광촉매부착필터를 제작하였다. 이하에 그 순서를 나타냈다.
먼저, SiO2졸의 제조법에 대하여 설명한다. 5g의 테트라에톡시실란을 100ml의 물-에탄올-프로판올(3:27:70)혼합용액중에 용해하여 40℃로 5시간 정도 교반하였다. 얻어진 용액은 실온에서 2주간 방치하여 SiO2졸로 하였다.
다음으로 SiO2졸 중에 TiO2미립자 및 청색안료를 분산시킨 용액의 제조법에 대하여 설명한다. 앞서 제조한 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 중량비로 TiO2/SiO2= 9로 하여 첨가하고, 소정량의 Cu-프탈로시아닌(청색안료)를 첨가하였다. 또, 고형분농도는 4wt%로 하여 필요량의 물을 첨가하여 조정하였다. 그 후 5mmø의 지르코니아 볼을 사용하여 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시키기 위하여 24시간 볼 밀로 처리하고, SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 제조하였다.
아크릴섬유로 제조한 TiO2미립자분산 SiO2졸을 코트하여 120℃로 5분간 처리하여 SiO2막중에 TiO2미립자가 분산한 TiO2분산 SiO2막을 코트한 필터를 형성하였다. 제작한 광촉매의 조성은 표 16에 나타냈다.
광촉매필터는 공기세정기 등에 응용 가능하다. 이 경우 공기중에 존재하는 악취성분 및 세균, 담배 연기 등의 제거가 가능하다. 특히, 통상의 필터가 흡착제에 의한 흡수제거이기 때문에 포화흡착후에 그 효과가 상실되어 교환할 필요가 있는 데 대하여 광촉매부착필터는 흡착한 악취성분 및 세균, 담배 연기 등을 광촉매작용에 의하여 제거할 수 있기 때문에 필터교환횟수를 적게 할 수 있다.
표 16에 나타낸 조성의 광촉매필터를 공기세정기에 설치하고, 담배 연기가충만한 방에서 작동시켜 필터에 담배 연기를 흡착시켜 변색시켰다. 이 변색된 필터를 인출하고 형광등을 조사하여 색의 변화를 측정하여, 흡착한 담배 연기의 분해성을 조사하였다. 또한, 분해율은 색채계에 의하여 측정한 변색량으로부터 산출하였다.
도 34에 분해시험결과를 나타냈다. 결과는 청색안료를 첨가함으로써 분해성능이 향상함을 알 수 있었다.
표 16에는 분해성능 이외의 막 강도, 내광성을 평가한 결과를 나타냈다. 또한, 각 평가는 이하와 같이 행하였다.
강도시험은 제작한 필터에 대하여, 구부리기, 인장(引張)을 반복하여 분말이 떨어지는가를 평가하였다. 또, 구부리기, 인장에 의하여 분말이 떨어지지 않는 경우에는, 구부리기, 인장을 반복한 후, 2m/sec의 공기를 내뿜어 박리하는가를 조사하였다. 평가는 구부리기, 인장으로 박리한 경우에는 ×로 하고, 박리하지 않은 경우에 공기를 내뿜어 박리한 것이 △, 어느 경우도 박리하지 않은 것을 ○으로 하였다.
내광성은 제작한 필터에 저압수은램프(254nm, 3mW/cm2)을 조사하고, 색채의 변화량이 20% 이상이 되는 시간을 조사하였다.
평가결과는, 막 강도에 대해서는 안료를 첨가하면 강도가 저하하고, 20wt% 이상에서는 간단히 막이 박리한다는 결과로 되었다. 간단하게 박리는 하나 구부리기, 인장 등의 조작이 없으면, 박리하는 일은 없으므로 설치후 이동 등이 생기지않는 조건이라면 사용할 수 있다.
내광성에 대해서는, 안료첨가량이 많을수록 열화(劣化)가 큼을 알 수 있었다. 안료는 내광성이 뛰어나다고는 하나, 유기기를 함유하고 있어 광촉매에 의하여 서서히 분해된다. 단, 이 평가조건은 상당히 가속적이기 때문에, 통상 사용하는 조건은 형광등의 빛이고, 표 16 중의 35시간은 형광등 아래에서 3년 내지 5년에 상당한다.
이와 같이 안료첨가촉매는 막 강도 및 내광성이 뒤떨어지나, 필터촉매 자신이 착색하고 있기 때문에 필터의 성능을 외관으로 즉시 알 수 있어 필터의 교환시기를 용이하게 판단할 수 있다.
필터에 대한 밀착강도를 강하게 하기 위해서는, 유기수지의 첨가가 가장 유효하다. 앞서 제조한 용액중에 아크릴수지를 첨가한 경우의 조성 및 각종 평가결과를 표 17에 나타냈다. 수지첨가에 의하여 막 강도는 비약적으로 향상하였다. 또, 내광성에는 변화는 없으나 형광등 아래에서는 충분한 성능이고, 담배의 분해성도 양호한 결과로 되었다.
이상과 같이 안료를 첨가하고 필요에 따라 수지를 첨가함으로써, 뛰어난 필터를 제작할 수 있음을 알 수 있었다.
안료(wt%) TiO2(wt%) SiO2(wt%) 막 강도 내광성
0 90 10 ○ 변화없음
10 81 9 △ 50
20 72 8 × 40
50 45 5 × 35
수지(wt%) 안료(wt%) TiO2(wt%) SiO2(wt%) 막 강도 내광성 수세시험 5시간후 분해율(%)
0 30 63 7 × 35 1 43
10 27 56.7 6.3 △ 35 5 45
20 24 50.4 5.6 ○ 35 10 이상 42
50 15 31.5 3.5 ○ 35 10 이상 39
(실시예 26)
실시예 25에서 제작한 안료첨가광촉매와 안료무첨가광촉매에 대하여, 형광등, 태양광, 백열램프, 수은등을 사용하여 아세트알데히드, 요소, 암모니아, 대장균의 분해특성을 비교하였다. 그 결과 Li 첨가광촉매는 어느 쪽의 램프를 사용하더라도 아세트알데히드, 요소, 암모니아, 대장균의 분해특성이 안료무첨가광촉매의 3 내지 5배의 효과가 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 안료첨가촉매는, 자외선램프뿐만 아니라 생활환경하에서 사용하는 램프로 충분한 효과가 얻어짐을 알 수 있었다. 또, 이상의 결과는 파랑 이외의 빨강, 노랑, 초록 등을 첨가한 경우이더라도 동일한 효과가 얻어졌다.
이와 같이, 모든 재료 표면에 광촉매를 형성할 수 있고, 생활환경하에서 유효한 고활성광촉매를 제공하며, 광촉매의 교환시기를 용이하게 알 수 있다.
(실시예 27)
SiO2졸 중에 TiO2미립자 및 아크릴수지를 첨가한 용액을 제조하였다. 이 용액을 사용하여 아크릴섬유상에 TiO2막을 형성하여 광촉매부착필터를 제작하였다. 이하에 그 순서를 나타냈다.
먼저, SiO2졸의 제조법에 대하여 설명한다. 5g의 테트라에톡시실란을 100ml의 물-에탄올-프로판올(3:27:70)혼합용액중에 용해하여 40℃로 5시간 정도 교반하였다. 얻어진 용액은 실온에서 2주간 방치하여 SiO2졸로 하였다.
다음으로 SiO2졸 중에 TiO2미립자 및 아크릴수지를 첨가한 용액의 제조법에 대하여 설명한다. 앞서 제조한 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 중량비로 TiO2/SiO2= 9로 하여 첨가하고, 소정량의 아크릴수지를 첨가하였다. 또, 고형분농도는 4wt%로 하고, 필요량의 물을 첨가하여 조정하였다. 그 후 5mmø의 지르코니아 볼을 사용하여 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시키기 위하여 24시간 볼 밀로 처리하여, SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 제조하였다.
아크릴섬유로 제조한 TiO2미립자분산 SiO2졸을 코트하여 120℃로 5분간 처리하여 SiO2막 중에 TiO2미립자가 분산한 TiO2분산 SiO2막을 코트한 필터를 형성하였다. 제작한 광촉매의 조성은 표 18에 나타냈다.
광촉매필터는 공기세정기 등에 응용 가능하다. 이 경우 공기중에 존재하는 악취성분 및 세균, 담배 연기 등의 제거가 가능하다. 특히, 통상의 필터가 흡착제에 의한 흡수제거이기 때문에 포화흡착후에 그 효과가 상실되어 교환할 필요가 있는 데 대하여, 광촉매부착필터는 흡착한 악취성분 및 세균, 담배 연기 등을 광촉매작용에 의하여 제거할 수 있기 때문에 필터교환횟수를 적게 할 수 있다.
표 18에 나타낸 조성의 광촉매필터를 공기세정기에 설치하고, 담배 연기가충만한 방에서 작동시켜 필터에 담배 연기를 흡착시켜 변색시켰다. 이 변색된 필터를 인출하고 형광등을 조사하여 색의 변화를 측정하여, 흡착한 담배 연기의 분해성을 조사하였다. 또한, 분해율은 색채계에 의하여 측정한 변색량으로부터 산출하였다.
도 35에 분해시험결과를 나타냈다. SiO2(실리카)를 바인더로서 사용한 경우, 바인더량이 많아지면 광촉매로서의 성능이 저하하였다. 한편, 아크릴수지의 경우에는, 바인더량이 많아지더라도 광촉매의 성능에 변화가 거의 없음을 알 수 있었다.
표 18에는 분해성능 이외에 막 강도, 내광성, 수세시험을 평가한 결과를 나타냈다. 또한, 각 평가는 이하와 같이 행하였다.
강도시험은 제작한 필터에 대하여, 구부리기, 인장을 반복하여 분말이 떨어지는가를 평가하였다. 또, 구부리기, 인장에 의하여 분말이 떨어지지 않는 경우에는, 구부리기, 인장을 반복한 후, 2m/sec의 공기를 내뿜어 박리하는가를 조사하였다. 평가는 구부리기, 인장으로 박리한 경우에는 ×로 하고, 박리하지 않은 경우에 공기를 내뿜어 박리한 것이 △, 어느 쪽의 경우에도 박리하지 않는 것을 ○로 하였다.
내광성은 제작한 필터에 저압수은램프(254nm, 10mW/cm2)를 조사하여 색채의 변화량이 20% 이상이 되는 시간을 조사하였다.
수세시험은 필터의 수세를 반복하여 촉매가 박리하기까지의 횟수를 조사하여평가하였다.
평가결과는, 막 강도에 대해서는 아크릴수지를 첨가하면 강도가 향상하여, 5wt% 이상에서는 막이 박리하는 일이 없다는 결과로 되었다.
내광성에 대해서는, 아크릴수지첨가량이 많을수록 열화가 큼을 알 수 있었다. 아크릴수지는 유기기를 함유하고 있어 광촉매에 의하여 서서히 분해된다. 단, 이 평가조건은 상당히 가속적이기 때문에, 통상 사용하는 조건은 형광등의 빛이고, 표 18 중의 5시간은 형광등 아래에서 3년 내지 5년에 상당한다.
수세시험에 대해서는 수지첨가량이 10wt% 이상이라면 충분히 수세하여 반복 사용할 수 있음을 알 수 있었다.
이상과 같이, 유기수지를 첨가함으로써 충분한 강도를 얻을 수 있었다. 또, 촉매의 성능은 수지를 첨가하더라도 무첨가와 동등해서, 세정 가능한 광촉매필터를 제작할 수 있었다.
이와 같이 아크릴수지첨가촉매는 내광성이 뒤떨어지나 막 강도가 뛰어나, 필터촉매를 세정할 수 있다. 지금까지 광촉매는 유기물 등의 오염물을 셀프클리닝하는 것뿐으로 먼지 등의 무기물 오염물에 효과가 없었으나, 세정함으로써 무기물 오염물도 제거할 수 있고, 필터의 수명을 길게 할 수 있다.
(실시예 28)
실시예 27에서 제작한 아크릴수지첨가광촉매와 아크릴수지무첨가광촉매에 대하여 형광등, 태양광, 백열램프, 수은등을 사용하여 아세트알데히드, 요소, 암모니아, 대장균의 분해특성을 비교하였다. 그 결과 Li 첨가 광촉매는 어느 쪽의 램프를 사용하더라도 아세트알데히드, 요소, 암모니아, 대장균의 분해특성이 아크릴수지무첨가광촉매와 동등한 효과가 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 아크릴수지첨가촉매는, 자외선램프뿐만 아니라 생활환경하에서 사용하는 램프로 충분한 효과가 얻어짐을 알 수 있었다.
(실시예 29)
최근 아크릴수지에 있어서는, 화학적 특성을 향상시키기 위하여 아크릴수지의 측쇄에 실란올기를 도입한 실란올변성아크릴수지가 개발되어 있다. 이 실란올변성아크릴수지를, 실시예 27에서 제조한 용액에, 실란올기의 도입량이 다른 아크릴수지를 첨가하여 필터를 제작하였다. 도 36에는 제작한 필터의 담배 연기의 분해특성 및 내광성을 평가한 결과를 나타냈다. 담배 연기의 분해특성은 실란올기의 도입량(도면에서 실란올도입량)에 따라 큰 변화는 없어, 성능이 열화하지 않음을 알 수 있었다. 한편 내광성은, 실란올기의 도입량을 많게 함으로써 향상할 수 있음을 알 수 있었다.
이상의 것때문에, 실란올변성아크릴수지를 사용함으로써 내광성이 향상하여, 뛰어난 광촉매필터를 제작할 수 있음을 알 수 있었다.
(실시예 30)
유기수지를 사용하는 경우, 실리카와 같은 세라믹스재료와 달리, 열을 가하지 않더라도 경화할 수 있다. 예를 들어 실온경화수지를 사용함으로써 달성할 수 있다. 그러나, 실온경화계는 순간접착제와 같은 것 이외에 24시간 정도의 시간이 걸린다. 순간접착제는, 단시간에 경화하나, 광촉매에 의하여 서서히 분해된다.단시간에 경화가 가능하면서도 내광성이 뛰어난 수지로서는 UV 경화계를 들 수 있다. UV 경화계는 자외선에 의하여 경화하는 것이고, 형광등으로부터 조사되는 자외선에 의하여 서서히 중합하여 경화한다. 그러나, 광촉매에 의하여 서서히 분해해 가는 것도 사실이다. 따라서, 광경화와 광분해를 적당히 조합함으로써 결과적으로 내광성을 향상할 수 있다.
TiO2미립자를 UV 경화수지를 첨가한 용액을 제조하였다. 이 용액을 사용하여 아크릴섬유상에 TiO2막을 형성하여 광촉매부착필터를 제작하였다. 이하에 그 순서를 나타냈다.
톨루엔중에 소정량의 TiO2미립자와 Si, Al, Ti계 커플링제 중 어느 하나를 첨가하여 40℃로 2시간 교반하고, 이어서 소정량 UV 경화수지에 첨가하였다. 또, 고형분농도는 4wt%로 하고 필요량의 톨루엔을 첨가하여 조정하였다. 그 후 5mmø의 지르코니아 볼을 사용하여 용액중에 TiO2미립자를 분산시키기 위하여 24시간 볼 밀로 처리하여, UV 경화수지중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 제조하였다.
아크릴섬유에 제조한 용액을 코트하여, 실온에서 저압수은램프를 사용하여 자외선을 15초간 조사하여, 광촉매를 코트한 필터를 형성하였다. 제작한 광촉매의 조성은 표 19에 나타냈다.
수지(wt%) TiO2(wt%) SiO2(wt%) 막 강도 내광성 수세시험 5시간후 분해율(%)
0 90 10 △ 변화없음 1 30
2 88.2 9.8 △ 변화없음 1 32
5 85.5 9.5 ○ 5h 5 31
10 81 9 ○ 3h 10 33
20 72 8 ○ 2h 10 이상 31
50 45 5 ○ 2h 10 이상 28
TiO2(wt%) UV경화수지(wt%) 커플링(wt%) 수세시험 내광성
90 0 10 1 변화없음
85 5 10 5 변화없음
80 10 10 10 이상 변화없음
70 20 10 10 이상 변화없음
도 37에는, 커플링제의 첨가량에 대한 담배 연기의 분해특성(5시간후의 분해율)을 조사한 결과를 나타냈다. 커플링제의 첨가에 의하여, 광촉매특성이 향상함을 알 수 있다. UV 경화수지만으로는, TiO2입자 표면을 수지가 완전히 덮어 촉매특성이 상실된다. 커플링제를 첨가함으로써 TiO2표면의 노출부를 많게 할 수 있다. 또, 광촉매는 표면흡착수를 분해하여 라디칼을 생성하나, 커플링제를 첨가함으로써 표면흡착수를 많게 유지할 수 있고, 촉매성능을 발현할 수 있다.
표 19에는 촉매성능 이외의 시험결과를 나타냈다. 수세시험은 UV 경화성 수지 10wt% 이상으로 수세가 가능하게 된다. 내광성은 모두 문제없이 10시간 조사후에도 열화가 나타나지 않는다.
이상과 같이 UV 경화성 수지를 사용함으로써 단시간에 실온코팅이 가능하고, 내광성이 뛰어난 광촉매필터를 제작할 수 있었다.
이와 같이, 모든 재료 표면에 저온단시간에 광촉매를 형성할 수 있고, 생활환경하에서 유효한 고활성광촉매를 제공하여 수세가 가능하므로 무기물의 오염물도 제거할 수 있어, 각종 응용제품의 부품교환 및 청소횟수를 적게 한다.
(실시예 31)
SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 제조하였다. 이 용액을 사용하여 PET 필름상에 TiO2막을 형성하여 PET 필름을 제작하였다. 이하에 그 순서를 나타냈다.
먼저, SiO2졸의 제조법에 대하여 설명한다. 5g의 테트라에톡시실란을 100ml의 물-에탄올-프로판올(3:27:70)혼합용액중에 용해하여 40℃로 5시간 정도 교반하였다. 얻어진 용액은 실온에서 2주간 방치하여 SiO2졸로 하였다.
다음으로 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액의 제조법에 대하여 설명한다. 앞서 제조한 SiO2졸 중에 TiO2미립자를 중량비로 TiO2/SiO2를 9로 하여 첨가하였다. 또한 인산, 붕산 및 Li, Mg, K, Ca의 질산염을 각각 소정량 첨가하고 고형분농도는 4wt%로 하여 필요량의 물을 첨가하여 조정하였다. 그 후 5mmø의 지르코늄 볼을 사용하여, SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시키기 위하여 24시간 볼 밀로 처리하여, SiO2졸 중에 TiO2미립자를 분산시킨 용액을 제조하였다.
PET 필름에 제조한 TiO2미립자분산 SiO2졸을 코트하여 120℃로 저압수은램프(강도:15mW/cm2)를 조사하면서 5분간 처리하여, SiO2막 중에 TiO2미립자가 분산한 TiO2분산 SiO2막을 코트한 플라스틱필름을 형성하였다. PET 필름상에 얻어진 박막은 막질 및 강도 모두 양호하고 막 두께는 300nm이었다.
제작한 막을 1kg 가중으로 지우개를 사용하여 막 표면을 문질러 강도시험을 행하였다. 결과는, B, P 무첨가의 막은 50회에서 막 박리를 일으켰으나, B, P 첨가막은 100회에서도 흠집나는 일이 없었다. 이때문에, B, P 첨가에 의하여 막 강도가 향상됨을 알 수 있었다.
다음으로 유기물의 분해활성을 평가하였다. 또한, 활성시험은 박막에 적자(赤紫)계의 유기색소를 코트하여 파장 254nm이고 0.2mW/cm2의 빛을 조사하여 행하였다. 분해속도는 초기 색소의 투과율로부터의 변화량으로부터 구하였다. 표 20에 그 결과를 나타냈다. 표에서 공란은 해당 원소를 첨가하지 않은 것을 나타내고 있다.
TiO2/SiO2 B(wt%) P(wt%) Li(wt%) Ca(wt%) K(wt%) Mg(wt%) 10후 분해율
9 5 10 70
9 5 10 68
9 3 3 10 70
9 5 10 75
9 5 10 73
9 3 3 10 75
9 5 10 80
9 5 10 78
9 3 3 10 81
9 5 10 73
9 5 10 71
9 3 3 10 72
9 10 65
B, P 무첨가의 경우, Li 첨가의 광촉매는, 10분후에 65% 분해하고 있으나, 이것에 B, P를 첨가한 경우 분해율이 향상하고 있다. 이와 같이 B, P 첨가에 의해더욱 광촉매를 고성능화할 수 있음을 알 수 있었다. 또, 첨가제의 효과는 K가 가장 크고 이어서 Ca, Mg, Li의 순서가 되었다.
광촉매는, 빛을 흡수하여 생긴 전자나 홀이 물을 분해하여 라디칼을 생성하여 유기물을 분해하고 있다. 따라서, 광촉매의 표면에 물이 존재하지 않으면 유기물을 분해할 수 없다. B, P 무첨가의 경우에는 TiO2, SiO2표면에 흡착한 물을 분해하고 있다. B, P는 흡수성이 커서 B, P를 첨가함으로써 더욱 많은 물이 촉매표면에 존재한다. 이와 같은 표면흡착수의 증가에 따라 유기물의 분해성을 향상할 수 있다.
다음으로, 앞서 제조한 코팅액에 도전성 입자인 ATO를 첨가하여 동일하게 PET 필름상에 성막하여, 색소의 분해성을 평가하였다. 그 결과를 표 21에 나타냈다.
TiO2/SiO2 Bwt% Pwt% Kwt% ATOwt% 10분후 분해율
9 3 3 10 0 81
9 3 3 10 5 85
9 3 3 10 10 90
9 3 3 10 20 88
ATO 무첨가의 경우 10분후의 분해율은 81%이나, ATO를 첨가한 경우에는 분해율이 향상하였다. 특히 10wt% 첨가의 것은 그 효과가 가장 커서 분해율은 90%에 이르고 있다. 이와 같이 ATO를 더욱 첨가함으로써 고성능화할 수 있음을 알 수 있었다. 또, 제작한 ATO 첨가막의 표면저항은, 10의 9제곱오옴/□대(臺)로 낮아져 있고 대전방지효과도 가미되어 있어, 유기물뿐만 아니라 무기물의 부착도 방지할수 있다.
또한, 이 ATO 첨가효과는, K(칼륨)뿐만 아니라 Li(리튬), Ca(칼슘), Mg(마그네슘)이더라도 동일한 결과였다.
본 발명에서는, 공기청정기, 환기선, 선풍기, 청소기, 의류건조기, 식기건조기, 식기세척기, 음식물쓰레기처리기와 같은, 전동기에 의하여 공기흐름을 발생시키는 기구를 내장한, 주로 실내환경에서 사용하는 전기제품류의 공기가 흐르는 유로나 여과부분, 외장부분이나 내장한 조명기구에 의하여 비추어지는 부분에 저온경화형의 고활성인 산화물광촉매 박막을 설치하였으므로, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 크게 나누어 세가지의 효과가 얻어진다.
첫째로, 본 발명에서는 종래 공지의 TiO2등과 같은 산화물광촉매의 박막 속에 Na, Li 등을 포함하는, 전기음성도가 1.6보다 작고 이온 반경이 0.2nm보다 작은 원소로서, 원자가가 2 이하인 이온을 첨가함으로써, 유기물 분해효과가 높아졌다. 나아가서는, 이것에 부가하여 안티몬첨가산화주석 등을 함유하는, 전기친화력 1.2 이상의 금속 산화물 반도체 또는 Ag, Cu, Ni, Pd, Rh, Pt의 금속미립자를 병용하여 첨가하면, 더욱 분해효율이 높아졌다. 이에 따라, 종래의 산화물광촉매에서 필요로 하는 자외선램프 등의 단파장 빛을 발생하는 기구가 불필요하게 되는 효과가 얻어진다. 즉, 일반적으로 실내에서 얻어지는 빛으로서, 형광등이나 백열전구, 수은등이나 창유리 너머의 태양광 등의 약하지 않은 빛이더라도 유기물을 분해하고, 담배의 댓진이나 수지(手脂) 등의 피지류 등의 부착물에 의한 오염물이 부착하더라도 분해하여 방오효과가 얻어진다. 마찬가지로, 미약한 빛으로, 공기중에 분산되는 유기아민이나 메르캅탄류 등, 각종 악취원인물질이 부착되면 이것을 분해하여 저악취 또는 무악취의 물질로 분해하게 되므로, 실내의 냄새를 저감하는 탈취효과가 얻어진다. 또, 마찬가지로 미약한 빛으로, 공기중에 떠도는 세균, 곰팡이, 꽃가루 등의 각종 미생물류가 부착되면, 유기물분해작용에 의하여 이들 미생물을 사멸 또는 번식을 억제하므로, 산화물촉매의 박막을 형성한 부재표면이 청결하게 유지되어짐과 동시에, 이들 제품을 사용하는 실내의 공기중에 부유하는 미생물량을 저감하는 효과가 얻어진다. 종래는, 필터나 네트류 등, 이들 공기를 여과하는 부품은 교환부품으로서 취급되는 경우가 많아, 오염물이 고이거나 로딩되어 가면 부품을 인출하여 세정하거나 신품과 교환하는 것이 필요하게 되었으나, 본 발명에 의하면 부착된 오염물을 분해하므로 로딩에 이르기까지의 수명을 늘릴 수 있어, 교환빈도를 적게 하는 효과가 있다.
각 용도에 있어서의 구체적인 효과의 사례를 이하에 나타낸다. 공기청정기, 환기선, 선풍기, 청소기, 의류건조기, 식기건조기, 식기세척기, 음식물쓰레기처리기의 바깥쪽프레임이나 프레임, 케이스류의 외장부품에는 모두 실내조명이나 태양광이 조사되므로, 더러워지기 어렵고 미생물이 번식하기 어려운 청결한 상태를 유지할 수 있게 된다. 또, 이들 물품류에 부설되어 있는 공기유로부품이나 공기유로중에 있는 필터, 네트류 등의 부품에 대해서도 실내조명이나 태양광이 조사되도록설치하면, 마찬가지로 방오, 항균뿐만 아니라 실내의 탈취효과도 얻을 수 있다.
방오효과에 대해서는, 공기청정기, 환기선, 선풍기, 청소기는, 본체에 적외선수광부를 설치하고 리모트컨트롤러부에 적외선발신부를 설치하여 원격조작을 하는 경우가 있으나, 이들 적외선의 수발신부에 오염물이 부착되어 신호의 수발신을 방해하는 문제점을 방지하는 효과도 있다.
일반적으로 실내에서 얻어지는 빛의 강도로 분해가 충분하지 않을 정도로 오염물의 부하가 큰 경우나 실내의 빛이 충분히 닿지 않는 부재에 사용하고자 하는 경우에는, 형광등이나 전구 등의 조명수단을 부설하면 효과가 얻어진다. 또 그것으로도 부족한 경우에는, 수은등이나 메탈 할라이드 램프 등의 자외선발생수단을 병설하면 높은 분해효과가 얻어진다. 이와 같은 경우에 있어서, 본 발명에 의하면, 종래보다 분해효율이 높으므로 램프류의 점등시간을 단축하거나, 램프류의 출력을 저감할 수 있으므로 소비전력을 절약할 수 있음과 동시에 램프류의 수명도 길어져, 교환빈도가 적어도 되는 효과가 있다.
일례를 들면, 음식물쓰레기처리기로부터 발생하는 다량의 악취물질의 분해나 부엌용 환기선과 같이 대량으로 식용유가 부착되는 경우나 식기세척기나 식기건조기, 의류건조기와 같이 밀폐된 챔버나 드럼 내부의 청정화 효과를 필요로 하는 경우에는, 상기한 바와 같은 각종 파장의 광발생수단을 병용하면 효과가 있다.
두번째로, 본 발명에서는 상기한 바와 같이 광촉매 박막에 안티몬첨가산화주석 등을 함유하는, 전기친화력이 1.2 이상의 금속 산화물 반도체 또는 Ag, Cu, Ni, Pd, Rh, Pt의 금속미립자를 첨가하므로, 막 자체의 표면저항치가 낮게 억제된다.이 효과로서, 분해에 시간이 걸리는 크기가 큰 먼지나 섬유류 또는 분해할 수 없는 흙 등의 광물류가 정전기에 의하여 부착되는 현상을 억제할 수 있게 된다. 이 작용에 의하여, 난분해성의 오염물이 표면에 체적하여 광촉매 박막면에 빛이 닿지 않게 되는 현상을 억제할 수 있다.
이 대전방지효과는, 먼지 등의 부착에 의한 오염물방지뿐만 아니라 정전기대전에 의한 전자회로의 오동작도 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다. 특히, 청소기와 같이 사용중에 마찰대전하기 쉬운 물품류에는 효과가 크다.
각 용도에 있어서의 구체적인 효과사례를 이하에 나타낸다. 공기청정기, 환기선, 선풍기, 청소기, 의류건조기, 식기건조기, 식기세척기, 음식물쓰레기처리기의 바깥쪽프레임이나 프레임, 케이스류의 외장부품은 특히 흙먼지류가 부착되기 쉬우므로 효과적이다.
세번째로, 본 발명에서는 상기와 같은 효과를 가지는 광촉매 박막을 형성할 때에, 저분자량의 유기금속화합물과 물을 함유하는 용액으로부터 제작하고, 그 금속원자와 유기기의 결합을 파괴시키기 때문에, 자외선광 등을 포함하는 필요한 특정 파장의 전자파를 조사함으로써 막화(膜化)하기 위한 반응을 촉진하므로, 종래보다 저온으로 박막을 형성할 수 있게 되었다. 이 때문에, 상기한 바와 같은 전기제품류에 사용하는 ABS, PS, PP, 폴리에스테르 등을 함유하는, 범용의 플라스틱류나 강판류에 도장하는 유기도료류의 표면에 대하여 바탕소재에 열에 의한 연화(軟化), 변형, 기포발생, 균열발생, 취화(脆化), 강도저하, 인성(靭性)저하 등의 문제점을 발생시키는 일 없이 상기 산화물광촉매 박막을 형성할 수 있게 되었다.
각 용도에 있어서의 구체적인 효과의 사례를 이하에 나타낸다. 공기청정기, 환기선, 선풍기, 청소기, 의류건조기, 식기건조기, 식기세척기, 음식물쓰레기처리기의 바깥쪽프레임이나 프레임, 케이스류의 외장부품에 통상 사용되는, 합성수지의 성형체 또는 도장한 강판류는, 종래의 TiO2등을 주체로 한 산화물광촉매의 박막형성온도인 300℃ 이상의 고온에 견딜 수 없었으나, 본 발명에 의하면 이들 부품표면의 바탕에 열적 손상을 주는 일 없이 용이하게 막을 형성할 수 있게 된다.
또 상기의 물품류에 부설되어 있는 공기유로부품이나 공기유로중에 있는 팬, 블레이드, 필터, 네트류의 부품도 마찬가지로 300℃ 이상의 열처리에 견디는 소재로 구성하기는 매우 곤란하나, 본 발명에 의하여 용이하게 상기 산화물광촉매 박막을 형성할 수 있게 되었다.
그 밖의 효과로서는, 본 발명에 의한 산화물광촉매 박막은, 저온에서 경질(硬質)인 막을 형성할 수 있으므로, 종래 플라스틱성형품의 표면에 도장되어 있던 아크릴계 수지 등의 하드코트의 대체가 되는 효과도 있다. 이에 따라 종래 하드코트와 동일하게 성형품의 광택을 늘리고, 표면의 흠집을 방지할 수 있는데다가 미생물번식 억제효과나 방오효과, 대전방지효과도 얻을 수 있게 된다.
또, 부직포, 직포, 스펀지 등으로 이루어지는 필터류에 대한 응용의 경우에는, 섬유표면에 형성한 산화물광촉매 박막은 유리질이기 때문에, 표면의 흡착성이나 젖음성이 좋아진다. 이 때문에 냄새의 포집이나 연기입자의 포집효율이 향상하는 효과가 있다. SiO2단독의 박막을 형성하더라도 동일 원리로 포집효율이 개선되나, 부착되어 냄새나 연기입자가 섬유 표면을 피복하면 포집효과가 감소하나, 본 발명에서는 이 유리질의 막 자체가 광촉매성을 가지고 있기 때문에, 섬유 표면은 항상 청정화되고 높은 흡착성을 가지는 바탕면이 계속 노출되므로, 효과가 지속된다.
나아가서는, 식기세척기의 경우에는, 광촉매의 방오효과를 이용하여 내부에 부착되는 물방울의 접촉각도를 저감할 수 있다. 이에 따라, 잔류수 총량을 저감할 수 있으므로 식기의 건조효율을 올리는 효과가 있다. 이 효과를 이용하여 이슬이 붙으면 곤란한 등의 용도에도 각종 응용할 수 있다.

Claims (26)

  1. 광촉매작용을 가지는 입자가 도포막중에 분산하고 있는 광촉매 박막으로서,
    상기 도포막중에, 측쇄에 무기계의 관능기가 결합한 유기수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 광촉매 박막.
  2. 광촉매작용을 가지는 입자가 도포막중에 분산하고 있는 광촉매 박막으로서,
    상기 도포막중에, 전기음성도가 1.6보다 작고 또한 이온 반경이 0.2nm보다 작은 원소로서, 원자가가 2 이하인 금속원소를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 박막.
  3. 광촉매작용을 가지는 입자가 도포막중에 분산하고 있는 광촉매 박막으로서,
    상기 도포막중에, P, B, K, Ca 중의 적어도 1종을 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 광촉매 박막.
  4. 광촉매작용을 가지는 입자가 도포막중에 분산하고 있는 광촉매 박막으로서,
    상기 도포막중에, 또한 전자친화력이 1.2 이상인 금속원소로 이루어지는 산화물 반도체입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 박막.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체입자가 분산되어 있는 층을, 상기 산화티타늄입자가 분산하고 있는 층과는 별도로 설치한 것을 특징으로 하는 광촉매 박막.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 도포막중에 도전성의 미립자를 분산시켜, 상기 도포막의 표면저항치가 109Ω/□ 이하인 것을 특징으로 하는 광촉매 박막.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 잇어서,
    상기 도포막에 산화규소가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 박막.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막을 기재 표면에 구비한 것을 특징으로 하는 물품.
  9. 제 8 항에 기재된 산화물광촉매 박막과 상기 물품의 기재 표면 사이에 배리어층을 가지는 것을 특징으로 하는 물품.
  10. 제 9 항에 기재된 배리어층이 원자가가 3보다 큰 금속원소나 또는 전이금속으로부터 선택된 적어도 1종의 금속원소를 함유하는 것을 Al, Zr, Fe로부터 선택된 적어도 1종의 금속원소를 함유하는 금속산화물의 막임을 특징으로 하는 물품.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 기재된 기재가, 분해개시온도 300℃ 이하인 유기물고분자화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 물품.
  12. 유기물고분자화합물을 주체로 하는 기재와,
    상기 기재의 표면에 설치된, 무기물로 이루어지는 배리어층과,
    상기 배리어층의 표면에 설치된, 유기물의 분해반응을 촉매하는 산화물촉매층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 물품.
  13. 전동송풍기를 구동시켜 발생하는 공기흐름에 의하여, 흡기구로부터 실내의 공기를 받아들여 통풍로중에 설치한 필터를 통과시켜 공기중에 부유하는 진애나 오일입자나 연기, 꽃가루나 각종 미생물류 또는 악취물질 등을 포집하여 청정화한 후에 배기구로부터 배출하는 공기청정기에 있어서,
    구성부품 중에서, 실내조명광 또는 실외로부터의 태양광에 닿는 부품의 표면에 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  14. 전동송풍기를 구동시켜 발생하는 공기흐름에 의하여, 실내쪽의 흡기구로부터 받아들인 공기를, 부유하는 진애나 오일입자나 연기, 꽃가루나 각종 미생물류 또는 악취물질 등과 함께 실외쪽의 배기구로부터 실외로 배출하는 환기선에 있어서,
    구성부품 중에서, 실내조명광 또는 실외로부터의 태양광에 닿는 부품의 표면에, 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 저온경화형 고활성 산화물 광촉매 박막을 구비한 것을 특징으로 하는 환기선.
  15. 전동기에 의하여 블레이드를 회전시켜 공기흐름을 발생시키는 선풍기에 있어서,
    구성부품 중에서, 실내조명광 또는 실외로부터의 태양광에 닿는 부품의 표면에, 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선풍기.
  16. 흡입구와 집진실을 이어져 통하게 하여 상기 집진실 내의 기압을 전동송풍기에 의하여 감압시킴으로써, 상기 흡입구로부터 받아들인 쓰레기나 먼지류를 상기 집진실 내로 포집하여 상기 쓰레기나 먼지류를 여과한 후에 공기를 배기구로부터 배출하는 청소기에 있어서,
    실내조명광 또는 실외로부터의 태양광에 닿는 부품의 표면에 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 청소기.
  17. 습기를 함유하는 의류를 수납한 건조드럼 내에, 전동송풍기에 의하여 외부로부터 받아들인 공기를 가열용 히터를 사용하여 가열한 후에 보내어 의류를 가열시켜 수분을 증발시키고, 이 수분을 함유하는 공기를 배기구로부터 배출 또는 열교환기에 의하여 수분을 결로시켜 수분을 제거한 후에 배기구로부터 배출하는 의류건조기에 있어서,
    실내조명광 또는 실외로부터의 태양광에 닿는 부품의 표면에 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 의류건조기.
  18. 젖은 식기류를 수납한 건조실 내에, 전동송풍기에 의하여 외부로부터 받아들인 공기를, 가열용 히터를 사용하여 가열한 후에 보내어 식기류를 가열시켜 부착된 수분을 증발시키고, 이 수분을 함유하는 공기와 함께 배기구로부터 배출하는 식기건조기에 있어서,
    실내조명광 또는 실외로부터의 태양광에 닿는 부품의 표면에 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 식기건조기.
  19. 오염된 식기류를 수납한 세정챔버 내에서, 물을 가열하면서 세정펌프에 의하여 가압하고 상기 세정챔버 내에 설치한 회전 자재의 아암노즐로부터 분사시켜 식기류를 세정한 후에 헹굼동작을 행하고, 그 후에 전동송풍기에 의하여 외기를 흡입하여 냉풍 또는 가열히터에 의하여 온풍화하여 헹굼동작후의 고습도의 내부 공기를치환시켜 식기류나 상기 세정챔버 내부에 잔류한 수분을 증발 건조시키는 식기세척기에 있어서,
    실내조명광 또는 실외로부터의 태양광에 닿는 부품의 표면에 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 식기세척기.
  20. 미생물류를 함유하는 배양기재가 설치된 처리챔버 내에 생활쓰레기를 투입하여 상기 배양기재와 함께 교반장치를 사용하여 교반시켜 미생물의 대사작용에 의하여 상기 생활쓰레기를 분해시킴과 동시에, 분해시에 발생하는 수분을 전동송풍기를 사용하여 공기와 함께 배출시키는 음식물쓰레기처리기에 있어서,
    실내조명광 또는 실외로부터의 태양광에 닿는 부품의 표면에 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 광촉매 박막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기처리기.
  21. 제 13 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광촉매 박막 표면에 빛이 조사되는 위치에 광원을 구비한 것을 특징으로 하는 물품.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 광원이 자외선램프임을 특징으로 하는 물품.
  23. 제 13 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광촉매 박막 표면에 외광(外光)이 조사되도록, 상기 광촉매 박막 표면을 덮는 박스체의 적어도 일부에 투명부재를 사용한 것을 특징으로 하는 물품.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 투명부재가, 2mm 두께 투과광의 색차표시법에 의한 L치가 50 이상이고, 또한 a치가 -20 이상 20 이하이며, 또한 b치가 20 이하임을 특징으로 하는 물품.
  25. 광촉매 박막과 제 13 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 광촉매 박막 표면에 외광이 조사되도록, 상기 광촉매 박막 표면을 덮는 박스체의 적어도 일부에 투명부재를 사용한 것을 특징으로 하는 물품.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 투명부재가, 2mm 두께 투과광의 색차표시법에 의한 L치가 50 이상이고, 또한 a치가 -20 이상 20 이하이며, 또한 b치가 20 이하임을 특징으로 하는 물품.
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