KR100369373B1 - 강유전성 광반도체 코팅조성물 및 이를 이용한 신발안창 - Google Patents
강유전성 광반도체 코팅조성물 및 이를 이용한 신발안창 Download PDFInfo
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Abstract
개시된 발명은 신발안창에 항균성을 부여하는 강유전성 광반도체 코팅조성물 및 이를 이용해 제조한 신발안창에 관한 것으로서, 산화티타늄, 망간, 리튬, 백금, 은, 삼산화 텅그스텐, 비스무스, 산화몰리브덴, 니켈, 산화코발트, 제올라이트로 이루어진 코팅조성물을 제공하며, 상기 코팅조성물이 코팅된 동선 멤브레인 사이에 개질 친수성 활성탄이 코팅된 동선 멤브레인을 접착시킨 것을 신발안창에 부착시켜 항균, 탈취, 원적외선 방사의 기능을 갖도록하는 고기능성 신발안창을 제공한다.
Description
본 발명은 항균방취 신발안창에 사용되는 강유전성 광반도체 코팅조성물 및 이를 이용한 신발안창에 관한것으로, 더욱 상세하게는 탈취, 항균, 살균, 원적외선방사의 기능을 갖는 고기능성 신발안창을 위한 강유전성 광반도체 코팅조성물 및 이를 이용해 제조한 신발안창에 관한 것이다.
광촉매 산화반응이란 띠 간격 에너지(bandgap enegy) 이상의 빛에너지를 광촉매에 조사하였을때 전자와 정공이 발생하고, 이들에 의해 생성되는 OH 라디칼의 강력한 산화력으로 광촉매 표면에 흡착된 기상 또는 액상의 유기물이 분해되는 반응을 일컫는다.
통상적으로 반도체성 물질들은 띠 간격 에너지(bandgap enegy)이상의 빛(X선, 자외선 및 전자선), 열 또는 전기에너지를 흡수하면 전도전자가 여기되어 (excited) 전자들로 채워져 있는 전도대 (conduction band)로 전도전자가 이동하면서 가전자대(valence)에는 정공(positive hole)을 남기고 전도대에는 전자가 생성되어 전자-정공쌍(electron hole pair)을 형성한다. 이때 전기장이 인가된 반도체의 전자-정공쌍의 거동은 캐리어의 이동수명을 연장시켜서 재결합을 지연시키며 생성된 전자-정공쌍이 화합물과의 반응에 참여하게 된다.
이러한 반도체성 물질중에서 음이온 부족형 비화학 양론성 전단구조 (Crystallographically sheared structure)를 가진 산화티타늄은 광촉매로 사용할 수 있는 가장 효과적인 물질로써 3.2전자볼트(eV) 이상 및 / 또는 400나노미터(nm) 이하인 파장의 띠 간격 에너지(bandgap energy)를 흡수하면 아래식의 (1')에서와 같이 전도전자가 여기되어 전자-정공쌍이 형성된다. 이렇게 여기된 산화티타늄이 유기물을 포함한 수용액과 반응할 경우, 정공은 표면에 흡착된 물(2')이나 수산화이온(3')과 반응하여 강력한 산화제인 OH 라디칼을 생성한다. 이렇게 생성된 OH 라디칼은 유기물질을 분해하는 산화반응에 참여하고, 전자는 환원반응에 활용된다.
TiO2+ → e-+ h+(1')
Ti-H2O + h+→ Ti-OHㆍ+ H+(2')
Ti-OH-+ h+→ Ti-OHㆍ (3')
이러한 산화티타늄 광촉매는 OH 라디칼에 의한 살균 및 항균, NOX및 SOX의 제거, 소취 및 탈취, 열선반사, 담배 니코틴 분해제거, 자기정화(Self-cleaning), 유전손실, 유분분해 등의 특성으로 인하여 각종 산업분야에 광범위하게 이용된다.
일반적으로, 사람들이 보행 등을 하기 위해서 신발을 신고 있는 시간은 하루 평균 12시간 내외로써, 착화시 신발 및 발에서의 악취발생의 원인은 신발내에 서식하는 각종 세균이 착화시 착화자의 발에서 분비되는 땀성분 중 요소, 지방류, 유산 등을 분해시킬때 암모니아등의 유독가스를 발생시키기 때문이다. 따라서 신발안에서 미생물 및 곰팡이의 번식이 억제되거나 생성되지 않는 탈취, 항균, 살균등의 기능을 갖는 고기능성 신발 안창이 요청되어 진다.
종래 일반적인 신발안창은 우레탄 수지 및 EVA 수지를 사용하여 제조되는데 이러한 종래의 신발안창은 박테리아 등의 균을 억제시키는 기능은 없었다.
한편, 일부 항균제 및 방취제를 첨가하여 제조한 제품이 생산되었으나, 그 사용 초기에는 항균방취 효과를 나타내나 장기간 사용하거나 몇 번 수세한 경우에는 항균방취 효과가 급격히 감소하여 악취의 발생은 여전히 해결되지 않은 문제로 남아 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 강유전성 광반도체를 망간 등의 흡착제와 혼합(HYBRID)화 하여 땀냄새 등의 악취를 강유전성 광반도체 표면에 흡착시켜 에너지원이 없는 밀폐된 공간에서도 표면의 산화환원반응을 통하여 탈취, 항균, 살균 및 원적외선 방사의 기능을 갖는 고기능성 신발안창을 위한 강유전성 광반도체 코팅조성물을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 코팅조성물을 동선에 코팅하고 이를 직조해서 만든 멤브레인을 우레탄 수지 및 EVA 수지층상에 접합시켜 제조된 고기능성의 신발안창을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 강유전성 광반도체 코팅조성물의 제조공정에 대한 흐름도.
도 2는 동선 멧쉬.
도 3은 강유전성 광반도체 코팅조성물이 코팅된 동선 멧쉬의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 신발안창의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 동선 2: 강유전성 광반도체 코팅조성물
3 : 개질 친수성 활성탄이 코팅된 동선 멤브레인
4 : 강유전성 광반도체 코팅조성물이 코팅된 동선 멤브레인
5 : EVA 혹은 우레탄 수지
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 강유전성 광반도체 코팅조성물은 강유전성 광반도체로서 산화티타늄과 흡착제로서 산화티타늄 100wt%를 기준으로, 망간 0.1∼0.7wt%, 염화니켈 수용액 0.5∼1.5wt%, 염화백금 수용액 0.1∼0.5 wt%, 염화은 2∼5wt%, 삼산화 텅크스텐 0.5∼2.0wt%, 산화코발트 1∼5wt%를 함유하는 것을 특징으로 한다.망간은 반응활성화 촉진 촉매제로써 0.1∼0.7wt%에서 반응의 활성화가 잘 일어나며, 염화니켈도 반응활성화 촉진 촉매제로써 0.5∼1.5wt%에서 반응의 활성화가 잘 일어난다. 염화백금은 흡착활성화 촉진 조촉매로써 0.1∼0.5 wt%에서 반응의 흡착활성화가 잘 일어나고, 염화은은 산화개시촉매제로써 2∼5wt%에서 반응의 산화개시 활성화가 잘 일어나며, 삼산화텅크스텐 역시 산화개시촉매제로써 0.5∼2.0wt%에서 산화개시 활성화가 잘 일어난다. 또한, 산화코발트는 Energy band를 낮추어 주는 조촉매로써 1∼5wt%에서 활성화가 잘 일어난다.
또한, 본 발명은 탈취 및 항균성을 더욱 높이기 위해 산화몰리브덴, 비스무스, 제올라이트로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나 이상을 상기 산화티타늄 100wt%를 기준으로, 산화몰리브덴 1∼5wt%, 비스무스 1.5∼3.5wt%, 제올라이트 0.5∼1.0wt% 더 포함함을 특징으로 한다. 상기의 배합비율에서 경제적인 효과 및 기능이 최대로 된다.산화몰리브덴은 산화개시촉매제로써 1~5wt%에서 반응의 산화개시 활성화가 잘 일어나며, 비스무스 역시 산화개시촉매제로써 1.5∼3.5wt%에서 반응의 산화개시 활성화가 잘 일어난다. 제올라이트는 흡착활성화 촉진 조촉매로써 0.5~1.0wt%에서 반응의 흡착활성화가 잘 일어난다.
이하에서, 본 발명의 강유전성 광반도체 코팅조성물이 항균 방취 기능을 갖는 원리를 설명한다.
강유전성 광반도체 코팅막의 작용원리는 다음과 같다.
강유전성 광반도체 코팅조성물이 코팅된 표면은 촉매작용에 의하여 다음과 같은 반응, 즉
(a) H2O + h+→ 2H++ 1/2 O2
H2O + h+→ H++ ㆍOH(OH Radical)
ㆍOH + h+→ OH
2OH → (O) +H2O 에 의해
(b) h+→ h+trap 이 형성된다. 여기서 h+trap 은 표면에 포착된 정공으로 코팅막에서 직접 산화반응에 참여한다.
이와 같이 형성된 라디칼들에 의해 NOx, SOx, Cl-, H-C 등의 화합물들은 아래와 같은 반응에 의해 제거된다.
(a') NOx+ ㆍOH → H+NO3 -
(b') SOx+ ㆍOH → H+SO4 2-
(c') Cl-+ ㆍOH → HOCl → H+Cl-
(d') H-C + ㆍOH → CO + H2O
본 발명의 강유전성 광반도체 코팅조성물의 항균작용을 더욱 높이기 위해 혼합첨가되는 제올라이트(Zeolite)성분은 제올라이트의 함체(코스모산업의 4A 타입 제올라이트)를 사용해서 은과 아연 이온을 함께 이온 교환시켜 제조된다.
Na12{SiO2ㆍAlO2}12 ⇒ NaxㆍAgyㆍZnz{SiO2ㆍAlO2}12(x + y + z = 12)
한편, 상기 제올라이트외에도 산화몰리브덴과 비스무스 또한 제올라이트와 함께 또는 단독으로 본 발명의 강유전성 광반도체 코팅조성물에 더 첨가되어 사용될 수 있다.
상기 제올라이트, 산화몰리브덴 및/또는 비스무스는 산화티타늄 100wt%를 기준으로, 각각 산화몰리브덴 1∼5wt%, 비스무스 1.5∼3.5wt%, 제올라이트 0.5∼1.0wt%가 포함된다.
[실시예]
도 1은 본 발명에 따른 강유전성 광반도체 코팅조성물의 제조공정에 대한 흐름도로서, 본 발명의 실시예를 상기의 도 1의 공정도에 의거 설명한다.
①TEOT[Tetraethyl orthotitanate : Ti(OC2H5)4]를 물/알콕사이드의 몰비를 10∼50으로 하여 두 용액을 혼합하고, 2∼8시간 교반하여 가수분해 반응을 시킨다. 이 때 중성의 물 대신 1∼7wt%의 염산 또는 황산수용액을 사용한다.
②산화티타늄 100wt%로 기준으로하여 ①에서 얻어진 티탄산 산화물을 메탄올 용액에 혼합한 후, 산소발생 활성제로써 12.5wt% 염화망간 수용액으로 망간을 0.1∼0.7wt%, 7wt% 염화비스무스 수용액으로 비스무스를 1.5∼3.5wt%, 11.7wt% 염화니켈 수용액을 0.5∼1.5wt% 담지시킨다.
③탄화수소의 흡착활성제로서 염화백금 수용액 0.1∼0.5wt%와, 10% 암모니아수에 용해시킨 염화은 2∼5wt%와, 수산화리튬 수용액에 용해시킨 삼산화 텅크스텐 0.5∼2.0wt%와 산화몰리브덴 1∼5wt%를 혼합시킨다. 이때 리튬이온의 삽입 (intercalation)으로 코팅의 전기전도성이 향상되고 전도대는 positive value 쪽으로 이동된다.
④산화티타늄의 에너지 밴드갭을 조정하고, 산소의 운반(oxygen Carrier)기능을 가진 산화형(oxidation type)의 산화코발트를 1∼5wt% 혼합한다.
⑤바인더로서 수용성 실록세인 폴리머를 사용하여, 실록세인 폴리머 100 중량부에 ④에서 얻어진 코팅조성물을 10∼150 중량부가 되도록 상온에서 6∼24시간 분산시킨다.
한편, 본 발명의 강유전성 광반도체 코팅조성물을 이용하여 제조한 신발안창은 신발안창의 베이스수지(5)에 본 발명의 강유전성 광반도체 코팅조성물(2)이 코팅된 동선(1)을 직조해서 된 멤브레인(4)과 개질 친수성 활성탄이 코팅된 동선을 직조해서 된 멤브레인(3)이 상호 교대로 층을 형성하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
동선의 두께는 대략 0.1mm 정도 된다. 동선에 코팅된 막은 되도록 얇을 수록 좋다.
상기 베이스수지에 교대로 접합되는 멤브레인층의 수는 많을수록 항균 등의 효과는 증대하지만 두께 및 경제적인 가격 등을 고려했을때, 강유전성 광반도체 코팅조성물이 코팅된 동선 멤브레인(4) 3장 사이에 개질 친수성 활성탄이 코팅된 동선 멤브레인(3) 2장을 끼워 넣은 것이 신발내에 존재하는 땀냄새 및 오염된 습기 등을 더 잘 흡습할 수 있다.
강유전성 광반도체 코팅조성물이 코팅된 동선 멤브레인(4)의 제조예로써, 상기의 실시예에서 제조한 코팅조성물(2)을 건조도막 두께 15∼30 마이크로미터가 되도록 동선(1)에 코팅한 후 400∼600℃에서 6∼12시간 가열한다. 열처리 온도가 낮으면 동선과 코팅막간의 접착력이 떨어지므로 충분히 높은 온도에서의 처리가 필요하다.
상기의 개질 친수성 활성탄을 동선에 코팅하는 방법의 예로써, 염화구리 또는 염화마그네슘이 5% 함유된 수용액 100g에 활성탄 75g을 투입하여 상온에서 6∼12시간 교반 혼합하고, 바인더로 수용성 실란을 100∼150g을 첨가하여 10∼12시간 교반 혼합한다. 이렇게 혼합된 조성물을 동선 메쉬상에 코팅하여 300∼450℃로 6∼12시간 가열건조한다.
본 발명에 따른 신발안창은 각종 항균성분의 휘발과 용출이 없기 때문에 지속성이 높고, 다수의 메쉬층으로 인해 비표면적이 높아서 탁월한 탈취 및 항균 효과 뿐만아니라 동선의 기능으로 인한 수맥파 차단, 원적외선 방사로 혈액순환 및 정전기 방지 등의 효과도 얻을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와같이 본 발명의 동선에 코팅된 강유전성 광반도체 코팅조성물을 신발안창에 사용할 경우, 균의 성장을 억제하고, 휘발과 용출이 없기 때문에 지속성이 높고, 비표면적이 높아서 흡착력에 대한 탁월한 탈취 및 항균 효과 뿐만아니라 동선의 기능으로 인한 수맥파 차단, 원적외선 방사로 혈액순환 및 정전기 방지 등의 효과도 얻을 수 있다.
Claims (4)
- 신발안창에 항균성을 부여하는 강유전성 광촉매 코팅조성물에 있어서, 강유전성 광반도체로서 산화티타늄과 흡착제로서 상기 산화티타늄 100 wt%를 기준으로, 망간 0.1∼0.7wt%, 염화니켈 수용액 0.5∼1.5wt%, 염화백금 수용액 0.1∼0.5wt%, 염화은 2∼5wt%, 삼산화 텅크스텐 0.5∼2.0wt%, 산화코발트 1∼5 wt%를 함유함을 특징으로 하는 강유전성 광반도체 코팅조성물.
- 제 1항에 있어서, 산화몰리브덴, 비스무스, 제올라이트로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 상기 산화티타늄 100wt%에 대해 산화몰리브덴 1∼5wt%, 비스무스 1.5∼3.5wt%, 제올라이트 0.5∼1.0wt%를 더 포함함을 특징으로 하는 강유전성 광반도체 코팅조성물.
- 제 1항 또는 제 2항에 기재된 강유전성 광반도체 코팅조성물(2)을 동선(1)에 코팅하여, 상기 코팅된 동선을 직조해서 만든 멤브레인(4)과 개질 친수성 활성탄이 코팅된 동선을 직조해서 만든 멤브레인(3)을 우레탄수지 또는 EVA 수지로 이루어지는 베이스수지위에 상호 교대로 접합시킨 것을 특징으로 하는 고기능성 향균방취 신발안창.
- 제 3항에 있어서, 상기 강유전성 광반도체 코팅조성물이 코팅된 동선 멤브레인(4)은 3층으로 이루어지고 상기 개질 친수성 활성탄이 코팅된 동선 멤브레인(3)은 2층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고기능성 항균방취 신발안창.
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