KR100347617B1 - 광 촉매용 산화티탄 도포막 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 촉매용 산화티탄 도포막 형성방법에 관한 것으로, 보다 우수한 광 촉매 작용을 발휘할 수 있는 광 촉매용 산화티탄 도포막 형성방법을 제공하는데 있다.
이러한 본 발명은, 기판재위에 실리카겔을 포함한 바탕층을 형성하는 제 1 단계와, 상기 바탕층을 4 염화티탄에 접촉시키는 제 2 단계, 및 열처리하는 제 3단계로 구성됨으로써 달성되는 것이다.

Description

광 촉매용 산화티탄 도포막 형성방법{THE MAKING METHOD OF PHOTO-CATALYSTIC MATERIAL}
본 발명은 신규의 광 촉매용 산화티탄 도포막 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 산화 티탄, 산화아연 등과 같은 금속산화물 미립자는 광 촉매작용을 하는 것으로 알려져 있으며, 항균재, 탈취재, 악취제거재, 방미재등으로 개발되어, 각종 분야에서 그 실용화가 진전되고 있다.
최근에는, 특히 산화티탄의 미립자를 이용한 각종 광 촉매재료의 개발이 이루어지고 있다. 가령, 유해물질의 제거제로서 산화티탄의 미립자, 소석고(燒石膏) 및 물의 혼합물을 경화시키는 것(일본특허공개공보제1994-327965호)이나, 혹은 산화티탄졸을 기판재에 도포하여 소성(燒成)하는 것(일본특허공개공보제1994-278241호), 산화티탄의 미세분말 및 규소화합물을 포함한 조성물을 기판재 표면에 도포하고, 이를 건조 또는 소성하여 기판재위에 산화티탄의 미세분말을 고정시키는 것(일본특허공개공보제1996-164334호) 등이 알려져 있다.
그러나, 산화티탄의 미립자를 소석소 등과 혼합 반죽하면, 자외선을 강제로 조사(照射)하여도, 다량의 산화티탄 미립자가 경화체 내부에 깊이 파묻히게 되어 경화체 표면에 노출되는 산화티탄 미립자의 양이 적어지기 때문에, 광 촉매작용을 충분히 얻을 수 없다. 또, 산화 티탄 미립자가 기판재 표면위에 노출되어 있다하더라도, 산화티탄 미립자가 기판재 표면에서 분리되어 떨어지고 말 위험이 있다. 산화티탄졸을 도포·소성하는 방법에서도 산화티탄이 기판재로부터 분리되어 떨어질 우려가 있다.
한편, 산화티탄 미립자 및 규소화합물을 포함한 조성물을 도포하는 방법에 있어서도, 산화티탄 미립자중 적어도 일부가 도포막속으로 매몰되어 그 결과, 노출밀도가 작아지기 때문에, 산화티탄 미립자의 광 촉매작용을 충분히 얻을 수 없다. 이와 같이, 산화티탄 미립자를 기판재에 직접 유지시키는 종래기술로는 광 촉매작용을 충분히 얻기 곤란하였다.
이에 대해, 타일 바탕(도기)에 유약을 코팅한 후, 산화 티탄 미립자를 포함한 액체 원료를 분사하여 이를 열처리함으로써, 바탕표면에 산화티탄층을 형성시키는 방법이 알려져 있다. 이 방법에 따르면, 산화티탄층을 강고하게 부착할 수 있으므로 탈락 및 박리될 위험은 없으나, 고온으로 열처리해야 하는데, 이때 산화티탄의 결정구조가 아나타제(anatase)형에서 광 촉매작용이 떨어지는 루틸형으로 변화될 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 우수한 광 촉매 작용을 발휘할 수 있는 광 촉매용 산화티탄 도포막 형성방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에서 이용되는 가열로의 예를 나타내는 개략도.
도 2는 실시예 1에서 얻어진 산화 티탄층의 X선 회절(回折)의 분석 결과를 나타내는 챠트.
도 3은 시험예 1에 있어서 유통식 일산화질소(NO)의 흡착 측정 장치에 대한 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 가스 봄베 2 : 압력 조정기
3 : 압력계 4 : 질량 유량 센서(mass flow sensor)
5 : 유량 제어 밸브(flow control valve)
6 : 빈 페트리 접시(petri dish)
7 : 광 촉매재료가 든 페트리 접시
8 : 정전위 전해식 NO 센서 9 : 정전위 전해식 NO2센서
10 : 체적 유량계(volume flow meter)
11 : 다이어 프램(diaphragm) 펌프
12 : 필터
본 발명자는 특정한 단계로 이루어진 제조방법을 채용함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 기판재 위에 실리카겔을 포함한 바탕층을 형성하는 제 1 단계와, 상기 바탕층을 4 염화티탄에 접촉시키는 제 2 단계, 및 열처리하는 제 3단계로구성됨을 특징으로 하는 광 촉매재료의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법에서는, 우선 제 1 단계로서 기판재위에 실리카겔을 포함한 바탕층을 형성한다. 기판재의 재질 및 형상은 특별히 제한되지는 않으며, 금속, 시멘트, 점토류, 모래·자갈, 세라믹, 플라스틱, 목재, 석재, 유리 등이 모두 사용가능하다. 단, 실리카겔을 포함한 바탕층을 형성할 때에는, 기판재의 표면을 이미 잘 알려진 유기용제, 계면활성제를 이용하여 미리 세정하여 두는 것이 바람직하다.
실리카겔을 포함한 바탕층(단순히, 「바탕층」이라고도 한다)은, 실란올기(Si-OH기)를 가진다. 이는, 가령 실리카겔 및 물을 포함한 혼합물을 기판재 위에 도포한 후, 필요에 따라 열처리 등을 실시함으로써 형성할 수 있다.
이러한 경우, 사용 가능한 실리카겔은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 것이나 또는 시판중인 제품을 사용할 수 있다. 그 평균 입자지름은 통상적으로 20∼50㎛정도이며, 38∼44㎛정도가 바람직하다. 실리카겔과 물의 배합비율은, 사용되는 기판재의 재질등에 따라 적당히 설정하면 되는데 통상적으로는 1:100∼2000정도의 중량비로 설정하고, 1:300∼1000으로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 혼합물에서는 실리카겔의 일부 또는 전부가 용해되어도 되는데, 본 발명에서는 특히 실리카겔이 모두 용해되어 있는 것이 바람직하다. 실리카겔을 용해시키기 위해서는 입자지름이 짧은 실리카겔, 실란올기를 다량 포함한 실리카겔 등을 물에 배합하면 좋다.
또한, 상기 배합물에는 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위내에서 다른 성분이 포함되어 있어도 무관하다. 단, 바탕층등을 변질시키는 나트륨 성분은 포함되지 않는 것이 바람직하다.
혼합물을 도포하는 방법은 기판재위에 바탕층이 형성될 수 있는 한, 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 스프레이법, 브러시 페인팅법, 딥코팅, 스핀코팅 등의 공지된 도포 방법중 어느 것이라도 채용할 수 있다. 도포막의 두께는, 기판재의 재질이나 최종 제품의 용도 등에 따라 결정하면 되는데, 통상적으로 0.05∼2㎛ 정도이고, 0.1∼0.7㎛정도가 바람직하다.
얻어진 도포막은 필요에 따라 건조시키고 열처리하여도 된다. 건조방법은 자연건조나 가열건조중 어떠한 방법도 무방하다. 또한, 상기와 같은 열처리에 의해 바탕층을 기판재에 한층 강고하게 고정시킬 수 있다. 열처리의 조건은 혼합물의 조성, 기판재의 종류 등에 따라 적절히 결정할 수 있으며, 통상적으로는 산소를 포함한 분위기[예를 들면, 산소기류나, 공기(대기중)등]에서 150∼500℃정도로(바람직하게는 400∼500℃) 3∼30분간 열처리하면 좋다.
또한, 제 1 단계에서는, 수증기를 적극적으로 공급해도 좋다. 이로써, 특히 바탕층의 표면에 실란올기를 충분히 생성시킬 수 있으며, 이후의 단계에서도 유리하게 작용한다.
제 2 단계로서, 바탕층을 4염화티탄(TiCl4)에 접촉시킨다. 접촉시키는 방법은 특별히 제한되지는 않으나, 가령 액체 4염화티탄을 산소나 건조 공기를 이용하여 버블링하고, 이로써 발생된 4염화티탄의 증기를 분무 또는 분사하면 좋다. 4염화티탄 증기를 공급한 후나 혹은 공급하는 도중에, 과잉의 4염화티탄 증기를 수용액화하여 회수하기 때문에, 필요에 따라 수증기를 분무하여도 좋다. 이로써, 반응에 관여하지 않는 4염화 티탄 증기를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
4염화티탄의 증기를 증착시키기에 앞서, 바탕층을 가지는 기판재를 예열하여 두는 것이 바람직하다. 예열은, 제 1 단계의 상기 열처리와 동일한 조건에서 실시하면 된다. 따라서, 가령 제 1 공정에서 상기와 같이 열처리한 경우에는 그 열처리를 계속한 상태에서 4염화티탄에 접촉시켜도 좋다.
4염화티탄을 바탕층에 접촉시킴으로써 바탕층에 4염화티탄이 증착된다. 주로 바탕층의 표면부에서는 하기의 화학식과 같은 반응이 발생한다.
[화학식 1]
증착된 4염화티탄은, 바탕층(특히 그 표면부)에 존재하는 실란올기와 축합반응함으로써 HCl를 방출하고, 4염화티탄의 티탄원자가 실란올기의 산소원자와 결합된다. 또한 반응분위기의 H2O가 티탄원자에 결합되는 염소기(-Cl)와 반응하면 가수분해를 일으켜 더욱 HCl을 방출하는 경우도 있다. 상기 가수분해는 공기중의 수분만으로도 충분히 진행되지만 수증기를 반응 분위기에 적극적으로 공급하여도 좋다. 또한 제 2 단계가 완료된 시점에서 염소의 일부가 남아 있어도 된다.
4염화티탄의 공급량은 최종제품의 용도 등에 따라 적절히 설정하면 되고, 바탕층에서 실란올기의 일부 내지는 전체가 4염화티탄과 반응하도록 하면 좋다. 또한 4염화티탄의 증기압은, 가령 대기압을 약간 초과하는 정도(1.05∼1.10kgf/㎠abs)의 압력으로도 4염화티탄을 바탕층에 증착시킬 수 있다. 경우에 따라서는 이보다 낮은 증기압으로도 실시 가능하다.
제 3 단계에서 열처리의 조건은 특별히 제한되지는 않으나, 통상적으로는 산소를 포함한 분위기[예를 들면, 산소기류나, 공기(대기중)등]에서 150∼500℃정도(바람직하게는 400∼500℃)로 1∼10분간 열처리하면 좋다. 제 3 단계의 열처리에 의해 반응분위기의 H2O와 가수분해반응을 일으켜 HCl를 방출하고, 티탄원자에 결합되는 수산기가 H2O를 방출하여 산화티탄이 된다. 생성된 산화티탄은 주로 아나타아제형 결정구조로 구성된다. 또한 잔존하는 미반응 염소는 통상 강제로 산소와 치환된다.
또한, 상기와 같은 가수분해는 공기중의 수분만으로도 충분히 진행되지만, 수증기를 반응 분위기에 적극적으로 공급하여도 좋다. 또한 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위내에서 제 3 단계가 완료된 후에 산화티탄층에 염소가 존재하여도 무방하다.
본 발명의 제조방법에서는 필요에 따라 각 공정을 개별적으로 2회이상 반복하여 실시하여도 된다. 가령, 제 1 단계를 1회 실시한 후, 제 2 단계를 2회 반복하고, 이어서 제 3 단계를 3회 반복하도록 하여도 제조할 수 있다. 또한 예를 들어 제 3 단계가 종료된 후, 다시 제 2 단계 및 제 3 단계로 이루어진 일련의 작업을 1회이상 반복하도록 해도 된다. 이로써, 산화티탄층을 2층, 3층으로 순차적으로 적층하여 둘 수 있고, 원하는 용도에 따라 산화티탄의 유지량을 적절히 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제조방법에서는, 예를 들어 도 1에 도시된 가열로를 이용하여 실시할 수 있다. 메시컨베이어(a)상에 바탕층이 형성된 타일을 올려두고, 1개 또는 2개 이상 연속하여 설치된 가열로(b)에 타일을 도입하여 열처리한 후 4염화티탄을 접촉시켜 증착한다. 4염화티탄의 증기를 분무하기 위한 분무증착기(c)는, 가열로 주변에 설치하면 좋다. 또한 도 1에 도시한 바와 같이, 가열로, 분무증착기 등의 근방에 수증기(하향의 화살표)를 분무하는 장치를 부착하여도 되고, 혹은 가열로 등의 내부에 설치해도 된다. 각 단계에서 처리시간은, 메시컨베이어의 속도 등에 따라 적절히 조절할 수 있다.
(작용)
타일등의 기판재에 실리카겔을 포함한 바탕층을 형성한 후, 도입된 4염화티탄과 실란올기의 반응에 의해 바탕층 표면을 중심으로 Ti이온이 고정되며, 최종적으로 촉매층으로서 산화티탄층이 형성된다. 이러한 기술에 따르면, 종래의 함침법(含浸法)과는 달리, 매우 고분산된 균질의 산화티탄을 얻을 수 있다.
상기 촉매층은, 형광등과 같은 광원으로부터 조사되는 자외선에 의해 여기(勵起)되어 전자와 홀을 형성하고, 각각의 환원력과 산화력에 의해 기판재 표면에 부착된 공기중의 부패균, 병원균 등을 살균 및 제거하거나 혹은 기판재에 접촉된 각종 가스의 분해 등을 진행시킨다.
이하에서는, 실시예를 통해 본 발명에 따른 광 촉매재료의 특징적인 부분을 보다 명확히 설명한다. 더욱이, 본 실시예에서 4염화티탄 증기를 증착시키는 조건은 증기압이 약 1. 05kgf/㎠abs이고, 증착 시간은 약 2초, 분위기 온도는 약 500℃로 했다.
실시예 1
375 메쉬(mesh)의 실리카 겔 미분말(평균 입자지름 약 40㎛) 약 2. 7g을 1ℓ의 증류수에 혼합하고, 이 액체에 담궈둔 거즈를 이용하여 흰 바탕의 타일(기성품:97mm×97mm×두께 5mm) 표면에 0.5㎛ 두께로 도포하였다. 더욱이, 상기 타일은 도포하기에 앞서 미리 세척하여 타일 표면의 오일 성분 등을 제거해두었다. 이어서, 상기 타일을 가열로내에 설치하고, 500℃에서 3분간 가열하여 바탕층을 형성했다(제 1 단계).
더욱이, 상기 타일을 가열로 내의 공기 기류에서 500℃로 예열하고, 이어서, 액체 4염화티탄을 산소로 버블링하여 4염화티탄의 증기를 타일의 바탕층에 증착시켰다(제 2 단계). 증착후에는 수증기를 타일 등에 분무했다. 또한, 상기 증착 단계는 예열 과정을 포함하여 80초간 이루어졌다.
마지막으로, 가열로를 이용하여 산소 기류에서 500℃로 7분간 열처리한 후, 다시 동일한 조건으로 열처리하여 광 간섭성의 산화 티탄층을 가진 타일을 얻었다(제 3 단계).
얻어진 타일에 대한 X선 회절(回折)의 분석 결과, 상기 산화티탄층은 도 2에 도시하는 바와 같이 아나타제(anatase)형 결정 구조를 가진 것이 판명되었다(도 2중에서 ○부분).
실시예 2
실시예 1에서 얻어진 타일에 대해, 실시예 1과 동일한 제 2 단계 및 제 3 단계를 1회 반복 실시하여 광 간섭성의 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
실시예 3
실시예 2에서 얻어진 타일에 대해, 실시예 1과 동일한 제 2 단계 및 제 3 단계를 1회 반복실시하여 광 간섭성의 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
실시예 4
실시예 3에서 얻어진 타일에 대해, 실시예 1과 동일한 제 2 단계 및 제 3 단계를 1회 반복 실시하여 광 간섭성의 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
실시예 5
실시예 4에서 얻어진 타일에 대해, 실시예 1과 동일한 제 2 단계 및 제 3 단계를 1회 반복실시하여 광 간섭성의 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
시험예 1
실시예 1∼5에서 얻어진 타일에 대해, 일산화질소(NO)의 저감 효과를 조사했다.
시험 방법은, 도 3에 도시하는 바와 같은 유통식 NO의 흡착 측정 장치를 이용하여 조사했다. 이 장치는 표준 가스(178ppm NO/N2)가 충전된 봄베(1)와, 공기를 도입하는 필터(12:건조제 없음)를 기체 공급원으로 하고, 유량 조정용 빈 페트리 접시(6) 및 광 촉매가 든 페트리 접시(7), 또한 정전위 전해식 NO 센서(8) 및 정전위 전해식 NO2센서(9)를 통해 기체가 배출되도록 구성한다. 상기 광 촉매가 든 페트리 접시에는 파이렉스(pyrex) 유리제(내부 직경 152mm, 내부 높이 40mm, 유리 두께 2mm)인 페트리 접시에 소정량의 시료를 넣고, 상기 페트리 접시를 광 공급원인 블랙 라이트(20W)의 관구(管球) 중앙부로부터 페트리 접시 위까지 10mm의 거리를 두고 설치했다. 시험에 있어서는, 상기 페트리 접시에 빛이 조사된 지 30초 후에 표 1에 나타낸 농도·유량으로 기체(실온)를 통과시키고(시험 중에는 빈 페트리 접시에는 통과시키지 않는다), 페트리 접시로 통과시킨 후 기체의 NO 농도를 상기 정전위 전해식 NO 센서 및 정전위 전해식 NO2센서로 측정했다. 그 결과도 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 광 촉매재료에 의해 NO 농도를 저감시킬 수 있음을 알 수 있다. 특히, 광 촉매층을 적층하면 더욱 우수한 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
시험예 2
실시예 5에서 얻어진 타일의 경도(硬度)를 조사했다. 시험 방법은, JIS K 5400(1990)8.4.1에 따라 행하고, 9H 연필로 타일 도포막을 긁어 그 부분을 80배로 확대하여 관찰했다. 그 결과, 도포막에는 긁은 자국이 확인되지 않았다.
실시예 6
375 메시의 실리카 겔 미분말(평균 입자지름 약 40㎛) 10g을 1ℓ의 증류수에 혼합하고, 여기에 담궈둔 거즈를 이용하여 흰 바탕의 타일(기성품 : 97mm×97mm×두께 5mm) 표면에 0.5㎛ 두께로 도포하였다. 더욱이, 상기 타일은 도포에 앞서 미리 세척하여 타일 표면의 오일 성분 등을 제거해 두었다.
이어서, 상기 타일을 가열로 내의 공기 기류에서 500℃로 예열하고, 계속해서 액체 4염화티탄을 산소로 버블링하여 4염화티탄의 증기를 타일 위에 증착시킨 후, 다시 동일한 증착 처리를 1회 실시했다(증착 단계). 더욱이, 상기 증착 단계는, 1회에 대해 예열 과정을 포함하여 80초간 행했다. 또, 증착시킨 후에는 수증기를 타일 등에 분무했다.
마지막으로, 가열로를 이용하여, 산소 기류에서 500℃로 7분간 열처리한 후, 다시 동일한 조건으로 열처리를 2회 반복하여, 광 간섭성의 산화 티탄층을 가진 타일을 얻었다(열처리 단계). 이 타일은, 분홍색, 적자색(赤紫色) 등이 혼합된 무지개색을 띄며 광택도 양호했다.
실시예 7
증착 단계에 앞서, 바탕층을 형성하기 위해 500℃로 3분간 가열한 것 외에는, 실시예 6와 동일한 조건으로 광 간섭성 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
실시예 8
증착 단계에 앞서, 바탕층을 형성하기 위해 600℃로 3분간 가열한 것 외에는, 실시예 6와 동일한 조건으로 광 간섭성 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
실시예 9
증착 단계에 앞서, 바탕층을 형성하기 위해 700℃로 3분간 가열한 것 외에는, 실시예 6와 동일한 조건으로 광 간섭성 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
실시예 10
증착 단계에 앞서, 바탕층을 형성하기 위해 800℃로 3분간 가열한 것 외에는, 실시예 6와 동일한 조건으로 광 간섭성 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
실시예 11
실시예 7에서 얻어진 타일에 대해, 증착 단계 및 열처리 단계를 다시 1회 반복한 것 외에는, 실시예 7과 동일한 조건으로 광 간섭성 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
실시예 12
실시예 9에서 얻어진 타일에 대해, 증착 단계 및 열 처리 단계를 다시 1회 반복한 것 외에는, 실시예 9와 동일한 조건으로 광 간섭성 산화티탄층을 가진 타일을 제작했다.
시험예 3
실시예 6∼12에서 얻어진 타일에 대해, 균액을 떨어뜨리는 방법으로 항균성을 시험하였다. 시험 방법은 균액 0. 5㎖를 떨어뜨린 타일을, 커버가 석영 유리로 된 페트리 접시내에서 배양했다. 배양 조건은, 무균 박스내의 1200 룩스 형광등 아래에서 25℃로 3시간 배양했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 또한 비교를 위해, 산화 티탄층이 형성되어 있지 않은 타일의 시험 결과도 표 2에 병기한다.
*균 수의 표시 단위는 개/㎖
표 2의 결과, 본 발명의 타일은, 황색 포도구균 및 폐렴 간균 모두에 대해서도, 우수한 항균성을 발휘할 수 있는 것을 알았다.
실시예 13
375 메시의 실리카 겔 미분말(평균 입자지름 약 40㎛) 10g을 1ℓ의 증류수에 혼합하고, 여기에 담궈둔 거즈를 이용하여 흰 바탕 타일(기성품 : 97mm×97mm×두께 5mm) 표면에 0.5㎛ 두께로 도포하였다. 또한 상기 타일은 도포에 앞서 미리 세척하여 오일을 제거해 두었다.
이어서, 상기 타일을 가열로 내의 공기 기류에서 420℃로 예열하고, 계속해서 액체 4염화티탄을 산소로 버블링하여 4염화티탄의 증기를 타일 위에 증착시킨 후, 다시 동일하게 증착 처리하였다(증착 단계). 또한, 이 증착 단계는, 예열 과정을 포함하여 80초간 행했다. 또 증착시킨 후에는 타일 등으로 수증기를 분무했다.
계속해서, 상기 증착 단계를 1회 실시한 후, 가열로를 이용하여 산소 기류에서 500℃로 3분간 열처리하여, 광 간섭성 산화티탄층을 가진 타일을 얻었다(열처리 단계).
얻어진 타일을 이용하여, 대장균에 대한 항균성을 시험예 3과 동일하게 조사했다. 단, 조사(照射) 시간은 1 시간으로 하고, 초기발생균수를 18600개/㎖로 했다.
그 결과, 가공되지 않은 타일에서는 대장균 수가 10100개/㎖인 것에 비해, 산화 티탄층을 형성한 상기 타일에서는 3850개/㎖까지 저감시킬 수 있었다.
실시예 14
모래에 산화 티탄층을 형성시켰다.
입자지름 1∼4mm 정도의 모래를 물로 닦아, 실시예 1과 동일한 실리카 함유 액체에 담근 후, 실시예 1과 동일하게 500℃로 7분간 가열하여 바탕층을 형성했다. 이어서, 500℃로 예열한 것 외에는 실시예 1과 동일한 제 2 단계를 2회 실시한 후, 실시예 1과 동일하게 열처리 하여, 표면에 산화티탄층을 가진 모래를 얻었다.
상기 모래에 대해, 시험예 1과 동일한 방법으로 NO 저감 효과를 조사했다(단, 페트리 접시 두께 3mm). 광 촉매재료를 통과시키는 NO의 초기 농도를 1. 10ppm NO/air로 하고, NO의 유량을 237㎖/분으로 한 결과, 통과 후의 NO의 농도는 0. 358ppm까지 저하하고, 그 NO의 전환율은 67. 5%이었다.
더욱이, 조사광을, 창 유리(두께 1. 5mm)를 통해 들어오는 태양 광선으로 한 것 이외에는, 시험예 1과 동일하게 시험하였다. 광 촉매재료를 통과시키는 NO의 초기 농도를 1. 10ppm NO/air로 하고, NO의 유량을 237㎖/분으로 한 결과, 통과 후의 NO의 농도는 0. 863ppm까지 저하하고, 그 NO의 전환율은 21. 7%이었다.
실시예 15
유리 구슬에 산하 티탄층을 형성시켰다.
직경 5. 0mm의 유리 구슬을 이용하여, 실시예 1과 동일한 제 2 단계를 5회 실시한 것 외에는 실시예 14와 동일하게 하여 산화티탄층을 가진 유리 구슬을 제조했다.
상기 유리 구슬에 대해, 시험예 1과 동일한 방법으로 NO의 저감 효과를 조사했다(단, 페트리 접시의 두께는 3mm). 광 촉매재료를 통과 시키는 NO의 초기 농도를 1. 10ppm NO/air로 하고, NO의 유량을 237㎖/분으로 한 결과, 통과후 NO의 농도는 0. 151ppm까지 저하하고, 그 NO의 전환율은 66. 2%이었다.
본 발명에 따르면, 광 촉매작용을 나타내는 산화티탄층에 대해 커다란 노출밀도를 가지는 재료를 얻을 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 비교적 저온으로 열처리함으로써 산화티탄층을 형성할 수 있기 때문에, 루틸형 결정구조보다 우수한 광 촉매작용을 나타내는 아나타아제형 결정구조를 확보할 수 있다.
또한 기판재와 산화티탄층간에 주로 실리카겔을 포함한 바탕층이 존재하기 때문에, 가령 기판재로서 타일(도기)을 이용하는 경우에도 타일 내부로부터 Na+이온 등의 금속이온이 용출되는 것을 저지할 수 있어, 이들 금속이온에 의해 바탕층이나 산화티탄층이 변질되는 것을 방지할 수도 있다.
더욱이, 종래기술과 같은 산화티탄 미립자를 물리적으로 유지시킨 재료와는 달리, 본 발명의 제조방법에서는 산화티탄층을 화학적으로 고정시킬 수 있기 때문에 탈락 또는 박리될 우려가 없다.
이와 같이, 본 발명에 의해 얻어지는 광 촉매재료는 우수한 광 촉매작용을 나타내며, 특히 각종 가스(질소산화물, 유황산화물, 탄소산화물 등)의 전화(轉化)작용, 항균작용(대장균, 포도구균, 폐렴 간균(桿菌) 등) 등에서 우수한 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에서는, 원료로서 산화티탄 미립자보다 저렴한 4염화티탄을 이용할 수 있으며, 더욱이 기판재위에 용이하게 증착시킬 수 있기 때문에, 종래기술에 비해 가격면에서 매우 유리하다. 더욱이, 본 발명의 제조방법에서, 예를 들어 제 2 단계 및 제 3 단계를 반복실시하여 산화티탄층을 적층시킴으로써, 보다 강력한 광 촉매작용을 나타내는 재료도 자유롭게 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광 촉매재료는, 기판재의 선택에 따라 광 간섭성 피막(被膜)으로서 산화티탄층을 형성할 수 있으며, 외관상으로도 우수하다. 또한, 상기 피막은 제조조건에 의해 유색, 무색등으로 적절히 변화시킬수도 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 광 촉매재료는, 산화티탄층을 적층함으로써, 표면경도가 높고 좀처럼 손상을 입지 않는 표면을 형성할 수 있다. 더욱이, 이 표면은 친수성(親水性), 내구성면에서도 우수하다. 따라서, 까다로운 조건하에서 사용될 때(외벽용 건재 등)에도 유효하게 사용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 광 촉매재료는 각종 기판재와 조합됨으로써, 항균재, 항미재, 탈취재, 악취제거재, 오염방지재 등 각종의 용도로 폭넓게 사용될 수 있다. 구체적으로는 벽재(부엌, 화장실 또는 욕실용 타일, 각종 패널, 외벽 등), 성형재료, 용기류에 사용될 수 있으며, 또한 모래, 자갈류등에 코팅하면, 패드용, 사장(砂場)용 등으로도 사용 가능하다.

Claims (5)

  1. 기판재위에 실리카겔을 포함한 바탕층을 형성하는 제1단계와;
    상기 바탕층에 4염화티탄을 접촉시켜 4염화티탄이 바탕층의 표면에 존재하는 실란올기와 축합반응을 함으로써 HCl을 방출하고, 4염화티탄의 티탄원자가 실란올기의 산소원자와 결합되도록 하는 제2단계와;
    산소를 포함한 공기중에서 150∼500℃로 1∼10분동안 열처리에 의해 반응분위기의 H2O와 가수분해반응을 일으켜 HCl을 방출하고, 티탄원자에 결합되는 수산기가 H2O를 방출하여 산화티탄이 되도록 하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매용 산화티탄 도포막 형성 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 제1단계는 기판재의 표면에 상기 실리카겔 및 물을 포함한 혼합물을 도포한 후 열처리함으로써 실리카겔을 포함한 바탕층을 형성하는 단계임을 특징으로 하는 광촉매용 산화티탄 도포막 형성 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 제1단계, 제2단계 및 제3단계중 어느 한 단계이상이 수증기를 공급하면서 수행됨을 특징으로 하는 광촉매용 산화티탄 도포막의 형성 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 제2단계 및 제3단계중 어느 한 단계 이상이 1회 이상 반복됨을 특징으로 하는 광촉매용 산화티탄 도포막의 형성 방법.
KR1019990003157A 1998-01-30 1999-01-30 광 촉매용 산화티탄 도포막 형성방법 KR100347617B1 (ko)

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